PRINCIPIOS DE JAMES GILLULY A. C. WATERS A. O. WOODFORD _GEOLOGIA Versión española FEDERICO PORTILLO Dto udas Natuat Ilustraciones de R. R. COPTON y E. L. GILLESPIE • íICI UCIARIA /
Ilustraciones de
•
PREFACIO A LA SEGUNDA EDICION
La cariñosa acogida dispensada a nuestro intento de ofrecer un
texto en el ·que los procesos geológicos predominen sobre la
nomenclatura, y que al propi·o
tiempo proporcione al estudiante un medio de valorar las bases de
los métodos geológicos, así como las incertidumbres a ellos
inherentes, ha sido la causa que nos ha llevado a publicar esta
segunda edición de Principios de Geologia. En esta revisión l1emos
juzgado conveniente incorporar al libro muchos de los importantes
avances logrados en la ciencia geológica durante los últimos siete
años, al par que iniegrar sus materiales en una ordenación más
intima y, por ello, más didáctica. Se han rehecho y reorganizado
todos los capítulos con el fin de tener en cuenta los avances
menconados. Los recientes conocimientos acerca de las rocas sedi
mentadas y las condióones de su depositación han exigido consagrar
a este tema un capitulo enteramente nuevo (Cap. XVII), y las
extensas aportaciones sobre estratos fósiles y cronología han
precisado que se les dedique un capítulo com pleto en lugar de
medio. También hemos refundido y ampliado las secciones re
ferentes a las rocas y procesos metamórficos.
Esta segunda edición está especialmente dedicada a los numerosos
profesores que nos han escrito-tanto a nosotros como a los
editores-simpatizando con nuestra labor, y ofreciéndonos de paso
sugerencias muy valiosas para el perfec cionamiento en la
ordenaeión o en la selección de los temas. Vaya nuestro cordial
agradecimiento a quienes dieron f'stas pruebas de amabilidad. Muy
en particular deseamos dar las gracias al doctor Frank C. Calkins,
quien leyó atentamente la primera edición y nos proporcionó un
ejemplar de la miHt cuidadosamente ano tado; al doctor Charl('s G.
Higgins, que hizo una revisión critica de los capítulos primero a
décimo de este manuscrito, y al doctor Olcott Gates, que rea.lizó
idéntica labor para los capítulos undécimo y siguientes. Las
excelentes indicaciones de estos tres geólogos nos han ayudado
enormemente en la tarea de condensar el material y de disponerlo en
un orden más adecuado. Además, nos suministraron materiales los
siguientes señores: Charles B. Hunt, para el capítulo IV; el doctor
M. G. Wolman, para los V y XII, y el doctor Francis J. Pettijohn,
para el XVII.
Nos hallamos en deuda con los doctores P. D. Snavely, Vincent
Kellcy y W. U. t Iamiltotl por haber seleccionado nuevas
ilustraciones para el libro.
Por último, nos sentimos profundamente agradecidos a la señora Mary
Gill, que mecanografió la mayor parte de nuestro manuscrito,
librándonos además de tener que preocuparnos de muchos otros
detalles enojosos.
1$ de agosto de 1958.
JAMES GILLUL y
PREFACIO A LA PRIMERA EDICION
Pretende este libro resumir algunos de los conocimientos que los
geólogos han obtenido del estudio de la Tierra. Tema de tanta
amplitud, debe tratarse muy brevemente si se quiere presentar bajo
las cubiertas de un solo volumen; por ello, hemos decidido
concentrarnos en el análisis de los procesos que se producen sóbre
y en el interior de la Tierra, en lugar de ofrecer un catálogo
descriptivo de hechos y definiciones. Hemos creido también que los
estudiantes deben conocer parte, al menos, de los testimonios que
sirven de base a las con.clusiones geológicas, aun no ignorando que
su exposición ha de ocupar páginas muy valiosas que podrian haberse
utilizado para describir nuevos hechos.
Algunos profesores lamentarán la breve exposición que dedicamos a
muchos de los temas que usualmente se hallan en los textos de
geología fisica. Esperamol> que este defecto quede compensado
por la inclusión de nuevos materiales que abarcan múltiples
aspectos cientificos en los que se han efectuado rápidos avan ces
durante los últimos años, y, sobre todo, por nuestra intención-a la
que he mos dado gran importanciade conducir a los estudiantes a
través de un hilo de razonamiento muy aproximado a la evolución del
desarrollo histórico de cada uno de los temas. Creemos que un
estudiante podrá retener mejor los fundamentos de la geología si se
le expone, p. ej., cómo se elaboran los mapas geológicos, o si se l
e explican los 'diferentes puntos de vista de Werner y de Desmarest
sobre el origen de los basaltos, en vez de instruirlo con exceso de
detalle sobre los tér minos puramente técnicos de la morfología
del paisaje o de la clasificación petro gráfica. Esperamos también
que nuestto método lleve consigo un conocimiento más preciso de las
incertidumbres que íntrinsecamente encierran los testimonios
indirectos, sobre los cuales descansa en gran parte la ciencia
geológica.
La geologia, cual hoy la conocemos, apt>nas podría existir sin
sus fundamexit.os estratigráficos que la dotan de la dimensjón
temporal. De acuerdo ccn ello, he mos esbozado algo de su
desarrollo en vez de dejarlo para un curso ulterior de geologia
histórica.
Somos deudores a muchas personas por su ayuda en la preparación de
este libro, aunque solo podemos mencionar aquí a unas pocas. La
contribución de Robert R. Compton excede con mucho de lo que indica
la portada: además de preparar las ilustraciones, ha escrito un
capitulo y examinado críticamente los restantes.
El personal de W. H. Freeman and Company nos ha prestado su ayuda y
su aliento sin fallos, liberándonos de paso de realizar numerosas y
pesadas tareas de detalle.
Damos especialmente las gracias a nuestros colegas S. E. Clabaugh,
John X
PREFACIO A LA PRIMERA EDICION XI
Shelton, George A. Thompson. Roger Revelle, Wal.ter Munk, John C.
Crowell, Arthur D. Howard, C. Melvin Swinney, Robert Sharp, D. I.
Axelrod, W. C. Put nam, Cordell Durrell, George Tunell, M. N.
Bramlette y George Bellemin, que han leído algunos capítulos y nos
han ayudado generosamente con su crítica construc tiva y con su
aportación de nuevas ideas.
En cada una de las figuras se indica a quienes las debemos. De modo
general, hacemos constar aqui nuestro agradecimiento a la
amabilidad del U. S. Geological Survey, del Geological Survey del
Canadá y de la U. S. Air Force, por darnos oportunidad de utilizar
sus archivos fotográficos. Eliot Blackwelder, Robert C. Frampton,
Howard A. Coombs, John Shelton y Arch Addington también nos han
permitido elegir varias fotografías de sus notables colecciones
particulares.
La señorita Margaret Ellis y la señora Priscilla Feigan han pasado
a máquina el manuscrito y nos han prestado otras valiosas
ayudas.
23 de diciembre de 1950.
JAMES GU.LUL y
INDICE GENERAL
CAP. l.-Introducción . . . . . . .
• Pág.
1-1. Los enigmas de la Tierra, pág. 1.-1-2. Minerales, riqueza y
pollUca, 2.-1-3. El estudio de la geologla, 3.
IX
X
1
CAP. 2.-Mtnerales y materia. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 6 2-1. Definición de mineral, pág. 7.-2-2. Forma y estructura
de los cristales, 7.-2-3. La teorfa atómica. 10.-2-4. Estudio de
los cristales con rayos X, 13.-2-5. El te traedro del sUicio,
18.-2-6. Variaciones en la composición qufmica de los minerales, 20
.. -2-7. Mineraloides, 21.-2-8. Identificación de minerales,
22.-Cuestlones, 22. Lecturas recomendadas, 22.
CAP. 3.--El archivo de las rocas., . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 23 3-1. •El presente es la clave del pasado•, pág. 24.-3-2.
Las rocas sedimentarias, 25.-3-3. Rocas lgneas, 33.-3-4. La
enigmática roca llamada granito, 42.-3-5. Ro- cas metamórficas,
45.-Cuestlones, 53.-Lecturas recomendadas, 54.
CAP. 4.-La meteorización y los suelos. . . . . . . . . . . . . . .
. . 55
4-1. Meteorización, pág. 55.-4-2. El suelo, 56.-4-3. Análisis de la
meteorización, 56. 4-4. Suelo residual y perfil edáflco, 63.-4-5.
Colores de los suelos, 66.-4-6. Los fac- tores climáticos de la
meteorización, 67.-4-7. Velocidad de la meteorización, 71. 4-8.
Resumen, 73.-Cuestiones, 74.-Lectu.ras recomenda\'ls, 75.
CAP. 5.-La erosión 5-1. Los agentes erosivos, pág. 77.-5-2. Energia
utilizada por la erosión, 77.-5-3. La erosión sobre las tierras,
79.-5-4. La erosión submarina, 95.-5-5. Principios sobre que se
basan los procesos erosivos, 101.-5-6. Testimonios geológicos de la
erosión, 101.-Cuestlones, 104.-Lecturas recomendadas, 105.
76
CAP. 6.-Mapas geológicos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 106 6-1. Dificultades en la elaboración de mapas geológicos, pág.
106.-6-2. Los primeros mapas geológicos, 107.--6-3. Los cuatro
postulados fundamentales en el levanta miento de mapas geológicos,
111.--6-4. Las formaciones, 112.--6-5. Cómo se levan- tan mapas de
formaciones con afloramientos escasos, 113.-6-6. Cortes geológicos,
116.--6-7. La textura de las rocas y los mapas geológicos,
118.-6-8. Limitaciones de escala, 123.-Cuestiones, 123.-Lecturas
recomendadas, 124.
CAP. 7.-Estratos, fóstles y cronologla . . . . . . . . . . . . . .
. . . 125 7-1. La sucesión de las faunas y la correlación, pág.
125.-7-2. Serie geológica uni versal, 126.-7-3. La escala
cronológica en geologla, 128.-7-4. Primeras evaluacio- nes en la
cron.ologia geológica, 134.-7-5. Recientes evaluaciones
cronológicas, 135. Cuestiones, 140.-Leeturas recomendadas,
141.
XV
CAP. 8.-Movimientos de la corteza terrestre . . . . . . . . . . . .
. . 142 8-1. Desplazamientos mensurable& de la corteza
terrestre, pág. 142.-8-2. Testimo- nios geológicos de
desplazamientos en la corteza terrestre, 150.-8-3. Fenómenos
coetáneos de plegamiento, erosión y dcpositación, 1.54.-8-4.
Pliegues que han cesa- do de crecer, 158.-C.uestiones,
160.--Lecturas recomendadas, 161.
CAP. 9.---Huellas de movimientos ocurr.ldos en la Tierra . . . . .
. . . . 162 9-1. La •horizontalidad primitiva•, clave de la
estructura, pág. 162.-9-2. Curva- turas y estratos suavemente
inclinados, 163.-9-3. Pliegues, 170.-9-4. Grietas y fallas,
176.-9-5. Discordancias, 182.-9-6. Agrupadones regionales de rasgos
es tructurales, 188.-9-7. Consl'cuencias de amplio alcance,
1.89.-Cuestiones, 190.-Lec- turas recomendadas, 191.
CAP. 10.-Gravedad, isostasia y resistencia 10-1. Tamaño y forma de
la Tierra, pág. 192.-10-2. El máximo relieve de la Tierra,
195.-10·3. Gravedad, 198.-10-4. Isostasla, 204.-10-5. El geoide y
el esferoide, 211. 10-6. Resistencia, 214.-Cuestiones,
219.-Lecturas recomendadas, 219.
CAP. 11.--Movimientos descendentes del suelo y de las .rocas . 11-L
Clases de movimientos descendentes, pág. 220.-11-'2. Arrastres,
221.-11-3. Corrimientos y flujos lentos, 226.--11-4. Col'rimientos
y flujos rápidos y avalanchas, 229.--11-5. Corrimientos y
corrientes detrltk..as prehistóricas, 235.-11-6. Significa ción e
importancia de los movimientos descendentes, 238.-11-7. Influencia
de la cubierta vegetal, 239.-11-8. Conclusiones, 240.-11-9.
Aplicaciones en ingenieria, 210.--Cuestiones, 242.-Lecluras
recomendadas, 2<13.
192
220
CAP. 12.-La erosión fluvial y la deposttación . . . . . . . . . . .
. . . 244 12-1. El c.audal, pág. 245.-12-2. Aluviones, 250.-12-3.
!\-lecánica de la erosión por las corrientes, 254.-12-4. Perfil
longitudinal y estado de equilibrio, 257.-12-5. De· pósitos
fluviales, 270.-12-6. Modelado del paisaje, 276.-CuesUones, 288.-
Lectu- ras recomendadas, 284.
CAP. 13.-Los glaciares y la glaciación. . . . . . . . . . . . 285
13·-1. El limite de las nieves perpetuas, pág. 285.-13·2. Campos de
nieve, 286.-1.3-3. Clases de glaciares, 290.-13-4. La carga
glaciar, 293.-13-5. Forma de los depósitos glaciares, 303.-13-6.
Modificaciones topográficas debidas a los glaciares, 306.-13-7.
Períodos glaciares en ép09'1S pasada¡, 309. -13-8. Cauass los
climas de glaciares, 321.---13-9. E!eetos de las cargas glaciares
sobre la corteza terrestre, 326.-Cues Uones, 327.-Lectw·as
recomendadas, 327.
CAP. 14.--Las aguas subterráneas . . . . . . . . . . . . . . . .
328 14-l. Origen del agua subterránea, pág. 328.--14-2. Nivel
hldrostático o superficie pie?.omét.rica, 329.-14-3. Poros, grietas
y canales subsuperfic!al•·s, 330.-H·'L Aguas confinadas o mantos
cautivos: pozos artesianos, 332.-14-5. Movimiento del agua
subterránea, 933.-14-6. Composición del agua subterránea, 339.-147.
Las aguas subterráneas en las rocas formadas por carbonatos,
341.-14-8. Disolución y cementación provocadas por las aguas
subterráneas, 344.--14-9. Reservas norteame ricanas de aguas
subterráneas, 344.-14-10. Aspectos económicos y legales en la
utilización de ·las aguas subterráneas, 348.-Cuestiones,
349.-Lecturas recomen dadas, 350.
CAP. 15.-Los desiertos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 351 15-1. Influncias climáticas, pág. 351.-15-2. Hidrografia
inter·ior, 352.-15-3. Pro- cesos geológicos que tienen lugar en los
desiertos, 354.-15-4. Relación entre la pen diente y la
estructura, 358.-15-5. Evolución de los elementos del paisaje
desértico, 358.-15-6. Acción del viento, 362.-15-7. ForJnas
superficiale& de las arenas mó· viles, 368.-15-8.
Características de las dunas arenosas antiguas, 376.-15-9. El loes,
377.-Cuestiones, 377.-Lecturas recomendadas, J78.
INDICE GENERAL
CAP. 16.-Los océanos 16-1. Rasgos generales oceánkos, pág.
379.-16-2. Circulación del agua marina, 382. 16-3. Mareas, olas y
corrientes, 386.-16-4. Erosión por las olas, 396.-16-5. Per fil de
equilibrio, 400.-16-6. Corrientes de oleaje, 401.-16-7. Influencias
de caráctt>r artificial sobre los procesos del litoral,
403.-16-8. Accidentes litorales de naturaleza erosiva y
sedimentaria, 404.-16-9. Regiones biológicas marinas, 408.-16-10.
Los arrecifes coralinos, 411.-16-11. Cañones submarinos,
415.-Cucst.iones, 420.-Lec turas recomendadas, 421.
XVII
379
CAP. 17.-Las rocas sedimentarias y las condiciones de su
sedimentación . . 422 17-1. Volumen de las rocas sedimentarias,
pág. 422.-17-2. Abundancia de las dis- tintas variedades de rocas,
423,-17-3. Estratificación, 425.-17-4. Sedimentos te rrestres,
432.-17-5. Sedimentos marinos, 434.-17-6. Comparación de los
sedimen- tos litorales antiguos y moder.nos, 445.-17-7.
Depositación de la caliza y de la dolomi- ta, 451.-17-8. Slnteis
estratigráficas, 453.-{:uestiones, 461.-Lecturas recomen dadas,
462.
CAP. 18.-La aettvldad ígnea y el metamorfismo. . . . . . . . . 463
18-1. Volcarles, pág. 464.-18-2. Mesetas basálti<:as, 475.-18-3.
Masas ígneas ln trusivas, 477.-18-4. Flsicoquímica de la
cristalización magmática, 488.-18-5. Ro- tas metumórticas,
491.-Cuestiones, 497.-Lecturas re('Omendadas, 498.
CAP. 19.-Los sismos y el interior de la Tierra . . . . . . . . . .
. . . . 499 19-1. Efectos de los terremotos, pág. 499.-19-2. Causas
de los terremotos, 503.-19-3. Las ondas sísmicas y su propagación,
508.--19-4. Sismógrafos, 510.-19-5. La corteza ter·restre,
522.-19-6. Las profundidades del interior de la Tierra, 527.-19-7.
Un modelo de la Tierra, 530.-Cuestioncs, 536.--·Lccluras
recomendadas, 536.
CAP. 20.-Las montañas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
537 20-1. Clases de montañas, pág. 537.-20-2. Cordilleras de
plegamiento, 538.-20-3. Montañas volcánicas, .)55.-20-4. Las f
Basin RangcS-1, 556.-20-5. Montañas de cur vatura, 557.-20-6.
Resumen de la estructura montañosa, 558.-20-7. Historia de las
fajas plegadas, 560.-20-8. Las raíces montañósas, 564.-20-9. Areas
cscutiCormcs, 564.-20..10. Las profundidades oceánicas y las tajas
de anomaUas negativas, 566. 20-11. Especulaciones sobre la
formación ele las montañas, 569.-Cuestiones, 582. Lecturas
recomendadas, 583.
CAP. 21.-Reeursos minerales . . . . . 21-1. La revolución
industrial, pág. 584.-21-2. La hase Phineral de la ('ivilización,
585.--21-3. Rasgos prominentes de los recursos minE-raJes,
587.-21-4. Importancia eco nómica de los recursos minerales,
590.-Cuestioncs, 621.-Lccturas recomendadas, 622.
584
APÉND. J.-Los mapas y su levantamiento . . . . . . . . . . . . . .
. . 623 l-1. Escalas, pág. 623.-1-2. Limitaciones de los mapas,
62;!.-T-:t MaJlas topogr·á- ficos, 627.-T-5. Mapas hidrográficos o
batimétrico, 1)30.
APÉND. IT.-ldentificación de minerales . . . . . . . . . . . . . .
. . . 632 II-1. Análisis pelrográfico, pág. 632.-Il-2. Análisis
co11 rayos X, 632.- ll-3. Aná- lisis químico, 632.-II-4.
Determinación por medio de las propiedades física. Ca racteres
organolépticos, 633.-ll-5. Relación de minerales, 636.
APÉND. III.-Jdentificación de rocas . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 644 lll-L Estructuras JnÍIS comunes de las rocas
$cdímcntarias, pág. 644.··-llf-2. Estruc- turas más comunes de las
rocas ígneas, 645.-IIf-3. Estructuras más comunes de las rocas
metamórficas, 646.-111-4. Modo de utilizar las tablas y listas de
rocas, 647. III-5. Rocas sedimentaria ms comunes, 647.- 111-6.
Rocas ígn('a más ('Omunes, 643.-III-7. Rocas metamórfkas,
657.
APÉND. !V.-Datos químicos . . . . . . . . 661
CAPITULO 1
INTRODUCCION
1-1. Los enigmas de la Tierra.-Desde la aurora de la civilización,
el hombre ha sentido curiosidad por la Tierra en que vive. ¿Por qué
entra en t'rupción un volcán? ¿Cuál es la c:lUsa de un terremoto?
¿Qué origen tiene el agua que brota de un manantial?
Con frecuencia, ruando su curiosidad le condujo a bnsc.:'lr
respuesta para tales cuestiones, hubo de enfrent."irse con
numerosos enigmas todavía más desconcertan. tes. ¿Cómo las conchas
marinas vinieron a quedar enterradas en las roc.as de las más
eleva'das cordilleras? ¿,A qué se debe que algunos cursos de agua
estén limitados por arenas sueltas en una orilla y por roca
compacta en la otra? ¿,Qué causa tit>nen las bellas formas
geométricas de los copos de :jeve y demás cristales? ¿Por qué razón
un pozo mana agua abundante, mientras esta seco otro de la misma
pro fundidad'?
Sería interesante conocer cómo intentó el hombre en un principio
resolver estos enigmas, pero las primeras raíces del conocimiento
humano sobre la Tiena se han perdido en la antigüPdad. Los hombres
de hoy disponemos, en cambio, de ciertos jalones que indican el
camino a seguir, ya que los científicos han elabo rado un método
de investigación y una compilaeión de conocimientos que lla- mamos
Geología o Ciencia de la Tierra. •
'
camino hacia su solución. El progreso geológico no ha tenido un
ritmo uniforme: ha habidn períodos, por lo general inmediatos a
deseubrimientos básicos, en los cuales las consecuencias de una
actividad fructífera han revolucionado con rapidez teoría y métodos
geológicos; durante otras época!':>, {'rt cambio, el avance ha
sido escaso. En ocasiones, los geólogos han seguido una senda
errónea, con lo cual los progresos en determinadas ramas de la
ciencta condujeron a callejones sin salida. Luego, la adquisidón de
ulteriores datos y de nuevas técnicas ha permitido finalmente
demoler los dogmas acumulados y tornar otro punlo de pdrtida.
Los antiguos griegos y también otros pueblos de civilizaciones
pasadas reali zaron algunos progresos en el estudio de la
geología; pero sus ideas, basadas prin cipalmente en
especulaciones sin control experimental, apenas han sobrevivido. La
moderna ciencia geológica es de origen relativamente reciente y el
propio
GILLULY.-1 1
Cap. 1: JNTRODUCCION
término no cuenta aún 200 añqs. Sin embargo, y pese a su juventud,
la geologia ha hecho ya mucho por estimular y aclarar el
pensamiento humano. La demos tración de que las conchas y
caparazones marinos, y demás fósilesl incluidos en las rocas, son
restos de plantas y animales que vivieron en el pasado geológico,
sirvió para destruir dogmas que habían falseado durante siglos el
pensamiento del hombre. La doctrina evolucionista surgió al
estudiar detalladamente los paren tescos biológicos entre
organismos fósiles y vivientes, y al investigar a la vez las
secuencias y transformaciones de los conjuntos fósiles en el
tiempo. La doctrina de la evolución ha influido profundamente sobre
el moderno pensamiento cien tífico y filosófico.
La evidencia, bien documentada, de que los paisajes en torno
nuestro no son estáticos, sino que cambian lentamente a través de
los tiempos, no ha dejado de estimular la imaginación de los
hombres que meditan. El cultivador de trigo que labra los llanos de
Alberta, fríos y azotados por el viento, siente curiosidad ante las
conchas arrancadas por su arado, y su interés se acrecienta cuando
se le dice que el examen de aquellas conchas, y su comparación on
las de organis mos marinos hoy vivientes, demuestra que su granja
fue otrora el fondo de un mar cálido y poco profundo.
¿Quién puede negar la emoción que se produjo cuando llegó a saberse
que el emplazamiento del actual Cbicago estuvo hace menos de 20000
años cubierto por un manto de hielo, cual el que hoy envuelve la
Antártida? ¿O que las verdes y húmedas colinas del Midland Valley,
en Escocia, fueron en otro tiempo asiento de dunas movibles
similares a las del actual Sabara? Y, sin embargo, en las rocas y
suelos de las orillas del lago Michigan y en las canteras de
areniscas próximas a G1asgow se hallan las pruebas de ambos hechos,
y con tanta claridad como 1as deliberaciones del Senado romano lo
están en las obras de Cicerón.
La ciencia geológica ha aportado al hombre nuevos conceptos sobre
el tiempo, al igual que la astronom.ta ha revolucionado sus ideas
sobre el espacio. Las rocas archivan hechos, algunos de los cuales
datan cuando menos de 2500 millones de años, y acen resaltar en
agudo contraste la breve duración de la historia humana cuando se
la compara con la de la Tierra. Es fascinante leer registros
dejados en las rocas, que nos permiten reconstruir hechos del drama
de la historia terrestre sucedidos hace millones de años. Es esta
fascinación la que ha llevado al hombre a elabo:rar la ciencia
geológica, y la que, junto con lo» beneficios económicos de ella
derivados, hará para siempre que continúe explorando los enigmas de
la Tierra.
1-2. Minerales, riqueza y política.-El interés del hombre por los
minerales y las rocas de la corteza terrestre cesó hace tiempo de
ser una mera curiosidad; hoy existen sólidas rawnes de carácter
práctico para su investigación. Nuestras
1 Los fósiles son restos o huellas de animales y plantas que
vivieron en otras épocas ¡eoló glcas, conservados naturalmente al
quedar sepultados bajo depósitos sedimentarios.
Sección 1-3: EL ESTUDIO DE LA GEOLOGIA 3
modernas civilizaciones hacen amplio uso de los minerales y rocas
que componen la capa exterior de la Tierra, y la industria depende
casi totalmente de ellos. De los minerales obtenemos hierro, cobre,
aluminio y otros metales que hacen po sible la civilización
industrial. Nuestras fuentes principales de energía son los
combustibles minerales: el carbón y el petróleo, y en fechas
recientes se ha con seguido liberar las fantásticas cantidades de
energía almacenadas en los minerales radiactivos.
Incluso gran número de nuestras necesidades y caprichos se pueden
realizar gracias a las industrias de base mineral. Los ladrillos de
las viviendas, la sal que sazona los alimentos, los materiales con
que se pavimentan las carreteras, los ornamentos de oro, plata y
piedras preciosas con que se adornan las personas, todos ellos se
han extraído de depósitos minerales situados en la corteza
terrestre. La avidez humana en busca del oro, de la plata, del
cobre y de las gemas que halagan su vanidad o le ofrecen seguridad
y riqueza comenzó muy pronto en los anales de la dvilizacióo. Una
vez que el hombre hubo poseído los minerales, buscó el modo de
refinarlos y mejorarlos, a la par que descubría nuE>vos fines a
que des tinarlos. Como resultado de ello surgieron las artes y
oficios del metal y de la piedra, que, a su vez, se ampliaron hasta
convertirse en el vasto conjunto indus trial que hoy
conocemos.
En el ámbito internacional, el poder y la riqueza de una nación
están deter minados en gran parte por sus reservas de minerales
útiles, por su autoridad sobre las zonas que las contienen y por su
habilidad técnica para descubrirlas y utili zarlas. En esta época
de reajuste político, sabemos que las extensas acumula ciones
petrolíferas de Irán, Arabia y Kuwait constituyen una gran fuerza
en la política mundial. Nuestros conocimientos sobre política
internacional serán más precisos cuando sepamos cómo se presenta el
petróleo, cómo se descubre y cómo puede valorarse su
cantidad.
No se habrían producido jamás muchos de los grand avances
geológicos sin un incentivo, de base económica, para localizar y
explotar la riqueza mineral oculta en la Tierra, pues la geología
es la ciencia de la mina y de la cantera, del campo petrolífero y
del placer.
1-3. El estudio de la geología.-Los temas que componen esta ciencia
son com plejos y variados, pero también sumamente interesantes.
Pocos de sus problemas. son tan sencillos que puedan resolverse
directamente con un solo método o ca
mino: muchos exigen investigaciones cuyas técnicas hay que tomar de
otras ciencias. Los geólogos se surten continuamente de los nuevos
métodos químicos, biológicos, físicos y de la ingeniería, así como
de aquellos de sus datos y teorías que pueden aplicar a los
problemas de la Tierra. En correspondencia, la geología ha
contribuido también al desarrollo de estas ciencias con ella
relacionadas. Los progresos en cualquier rama científica ayudan a
Jos de las restantes.
Debido a la complejidad de sus problemas y a la magnitud de los
fenómenos que estudia, la geología no ha avanzado tan rápidamente
como la física o las
4 Cap. 1: INTRODUCC!ON
matemáticas. No le es posible al geólogo transportar un volcán a su
laboratorio para observar cómo crece su cono, ni puede tampoco
extender un manto de turba sobre su mesa de trabajo para seguir
durante millones de anos su transforma ción en carbón. Y, sin
embargo, se trata de dos de los fenómenos geológ:cos más simples.
Los factores tiempo y tamaño dificultan, y a menudo imposibilitan,
el estudio experimental de muchos procesos. Enfrentados con estos
obstáculos aparentemente insuperables, los geólogos han tenido que
idear ingenios y mé todos indirectos para dar respuesta a
numerosas cuestiones. Pese a las dificul tades inherentes a su
sustancia científica, han conseguido éxitos sobresalientes al
predecir los lugares en que debía perforarse en busca de petróleo o
de otros yacimientos minerales, y también al llegar a soluciones
comprobables de pro blemas científicos muy complejos.
Para triunfar, los geólogos han de desarrollar su imaginación y su
capacidad en recursos. Han de tomar decisiones firmes apoyándose en
datos incompletos, y a veces en aparente oposición. Han de valorar
y coordinar testimonios de carácter muy diverso para decidir, p.
ej., dónde debe abrirse un pozo de petróleo o dónde hay que iniciar
la explotación de un placer aurífero. Sus gllías fundamentales son,
por supue:,to, los datos obtenidos del levantamiento de mapas y de
otras técnicas geológicas. A veces han de tener también en cuenta
los resultados de las exploraciones geofísicas, los datos
referentes a la producción de otros pozos o placeres, y una mezcla
de testimonios adicionales suministrados por ingenieros,
economistas, químicos y físicos, o extraldos de muchas otras
fuentes.
Tan numerosos, complejos y variados factores, junto con lo nuevo de
esta ciencia, se combinan para hacer de la geologia un vigoroso
cuerpo de conocimientos en rápida expansión. Cualquier estudiante
que la elija como profesión tiene un ancho campo donde escoger lo
que ha de estudiar y hacer. Durante los dos pri meros años deberá
aprender más química, física y matemáticas que geología, ya que un
conocimiento ~lemental pero sólido de estas ciencias básicas es
esencial para muchas de las cuestiones con que se enfrentará en
cursos más avanzados. Deberá aprender algunas de las técnicas
corrientes de laboratorio, si bien se dará cuenta en seguida de que
su lugar principal de trabajo no es un edüicio atestado de
anaqueles con frascos y aparatos. En vez de ello, habrá de trabajar
al aire libre, pues el laboratorio del geólogo está formado por los
escarpados riscos de los picos montañosos, por las paredes de los
canones profundos y por las la deras de las cordilleras
desérticas. Tendrá que gastar parte de su período for mativo en
realizar caminatas y ascensiones obstinadas por las zonas monta
ñosas, quizá lejos de la civilización, donde levantará mapas de las
rocas y de sus disposiciones texturales y recogerá otros datos
geológicos. Este trabajo sobre el terreno es esencial en la
formación del geólogo.
Para lograrla se le abren infinidad de oportunidades: puede
trabajar para una compañia petrolífera, viajando por todo el mundo
en busca <le nuevos cam pos; puede dirigir alguna exploración
cuya finalidad sea el hallazgo de nuevas masas minerales en una
mina; puede hacerse cargo de la responsabilidad que signi-
Sección 1-3: EL ESTUDIO DE LA GEOLOGIA 5
fica estimar con precisión las reservas minerales del subsuelo en
una pertenencia minera, o la cantidad de petróleo que es posible
recuperar en un campo parcialM mente explotado, y puede, por
último, si se le consulta, decidir entre varias minas o canteras
pequeñas cuáles ofrecen las mejoras oportunidades para invertir
dinero en ellas y explotarlas.
También puede, como funcionario de una provincia o estado, levantar
mapas de yacimientos minerales o petrológicos, investigar su
presencia y los suminis tros de aguas subterráneas, estudiar los
problemas relacionados con su conser vación-tales como la erosión
del suelo y el agotamiento del mineral-, o bien clasificar Jos
terrenos públicos según los minerales, suelos, aguas y otros
recursos naturales que encierren.
Otra ocupación del geólogo consiste en ensei'iar en una escuela o
facultad uni versitaria a otros geólogos del mañana, y al mismo
tiempo ocuparse de realizar investigaciones básicas, con la
finalidad de descubrir nuevas leyes o de uniformar o coordinar
otras ya conocidas. El United States Geological Survey ofrece opor
tunidades análogas, que también están abiertas a los geólogos en
otros orga nismos estatales y nacionales, en ciertos institutos de
investigación y en los la boratorios industriales.
En tiempo de guerra, los geólogos están en condiciones de
suministrar datos auténticos sobre problemas fundamentales, al
descubrir nuevas fuentes de mi nerales cuyas reservas sean
críticamente escasas; de ayudar en la explotación de los mismos y
de escoger blancos en territorio enemigo, cuya demolición pueda
hacer derrumbarse alguna industria vital de la nación con que se
lucha. Puede intervenir en las conferencias de paz y aconsejar
sobre los recursos minerales de distintas naciones y sobre la
consecuente potencia industrial.
Hay también para los geólogos oportunidades de índole comercial, ya
que sus conocimientos son utilizables para llevar a buen término la
explotación de una fábrica de cemento, las operaciones en una
cantera~ en un ladrillar o en un depósito de arena y grava, o para
aconsejar en cualquier proyecto de construc ción técnica que
implique desplazar tierra y roca.
Cualquiera que sea el camino que siga el geólogo, es casi seguro
que le obligue a realizar frecuentes viajes, pues el campo de sus
investigaciones está integrado por la totalidad del planeta.
CAPITULO 11 MINERALES Y MATERIA
La corteza terrestre no es homogénea; generalmente, cuando paseamos
por el campo, encontramos gran variedad de rocas y suelos düerentes
en color, co herencia, densidad y otras características. Si
recogemos un fragmento de roca o un puñado de tierra y los
examinamos detenidamente, nos encontraremos con que son, a su vez,
mezclas de diferentes sustancias (Fig. 2-1). No son mezclas, sin
embargo, las distintas partículas o granos que integran las rocas y
los suelos. Cada uno de ellos es una sustancia homogénea y
determinada con propiedades químicas y caracteristicas físicas bien
definidas. Algunos son duros y transparen tes, parecidos a trozos
de vidrio; otros son granulaciones mates de tierra, y algunos son
láminas finisimas, diminutas y elásticas, que brillan intensamente
al sol.
cuarzo
Fio. 2-1.-Minerales constituyentes del granito común. Nótese que el
mineral magnetita sólo es visl.ble cuando el aumento es muy grande
(a la derecha).
Cada una de estas sustancias homogéneas y distintas constituye un
mineral. Las rocas y los suelos son, pues, agregados de
minerales.1' De ahí que, si queremos llegar a entender el origen y
la clasificación de las rocas, debamos primero apren der algo
sobre los diferentes minerales que las componen.
6
Secélón 2-2: FORMA Y ESTRUCTURA DE ·LOS CRISTALES 7
2-1. Definición de mineral.-Si queremos aprender a reconocer los
düerentes 'minerales y a discriminar unos de otros, hemos de
definir con precisión 11u ver dadera naturaleza: un mineral es una
sustancia que se encuentra en la Tierra, con cierta estructura
interna caracteristica, determinada por una disposición regular de
los átomos o de los iones en su seno, y cuya composición quimica y
propiedades físicas son fijas o varían entre limites
definidos.
Los minerales son, pues, sustancias naturales que existen ya como
tales en la Naturaleza, y no lo son, en cambio, los productos
sintéticos obtenidos en los laboratorios. Cuando un farmacéutico
afirma que un preparado es «rico en vita minas y minerales&
utiliza el término mineraJ en un sentido completamente dis tinto
del que le da el geólogo: no prescribe una dieta de barro y rocas;
ni se trata tampoco de un geólogo profesionalmente interesado en
píldoras vita minicas.
Decir que los minerales tienen propiedades quimicas y fisicas
definidas, o que varían entre ciertos límites perfectamente
fijados, es indicar sencillamente que todas las partículas de una
sola especie mineral son semejantes en sus carac teres físicos y
químicos, aunque una de las partfculas proceda del Brasil y otra de
los Estados Unidos, y aunque una de ellas haya cristalizado en la
concha de un caracol y la otra en el terreno regado por el agua de
un manantial serrano.
La característica que mejor define a un mineral es su estructura
interna, fundamento de nuestra definición. El aire, el gas
ordinario y el agua son sus tancias que se encuentran en estado
natural y que poseen propiedades quimicas y físicas c;laramente
definidas; pero no son minerales, porque los átomos y los iones en
tales flúidos están más o menos dispuestos al azar. La madera y el
carbón de huUa no son tampoco minerales; la disposición regular del
grano en la madera o la estratificación en un lecho de carbón no
pueden compararse en modo alguno con la precisa organización
geométrica que agrupa a los átomos y a los iones y que da lugar a
la caracteristica estructura interior de Yos minerales. Para enten
der bien lo que queremos significar por estructura interna, y para
conocer en consecuencia la verdadera naturaleza de los minerales,
es necesario recapitular primero nuestros conocimientos acerca de
la forma exterior de los cristales y hacer luego un breve resumen
de algunos de los descubrimientos hechos por físicos y químicos
sobre la estructura y propiedades fundamentales de la
materia.
2-2. Foi'Dla y estructura de los cristales. Forma geométrica.- Todo
el mundo está familiarizado con los cristales de ciertos
tninerales; p. ej., con los de gra nate, cuarzo--llamado también
cristal de roca-y hielo, pues por extraño que parezca, el hielo es
también un mineral.· Algunos cristales se presentan en. formas
geométricas de relevante regularidad y limitadas por superficies
planas, las lla madas caras cristalinas (Fig. 2-2), aunque
cristales tan perfectamente consti:.. tuidos son más bien raros.
Casi todos los copos de nieve caen como bellos y per fectos
cristales hexagonales (Fig. 13-2), mientras que el hielo depositado
en el vidrio de una ventana está constituido por cristales mucho
peor formados, y
8 Cap. II: MINERALES Y MATERIA
'{ t ~
"-:• ~: e :j " ·-t;. ... .•.
".:6 ~
Fxo. 2-2.-l\Hneral~ comunes bien cristalizados: a) epldota; b)
feldespato pota~1co; e) granate; d) pirita. (Fotos de ALexaoder
Tihonravo ... )
los gránulos de hielo que se originan en la superfície de un
estanque helado mltes tran pocas caras cristalinas, si es que
presentan algunas. Son relativamente escasos los minerales que
forman cristales liinitados del todo por caras planas, y los hay
que incluso no presentan ninguna. Sin embargo, el estudio de los
cristales imper fectos que existen de ordinario, a la par que el
de los mejor formados, relativa mente raros, permitió a los
mineralogistas, nombre que se aplica a los geólqgos especialistas
en minerales, obtener deducciones bien fundadas sobre su estructura
interna mucho antes de que físicos y químicos probaran que toda la
materia está constituida por átomos.
Constancia de los ángulos diedros.-El primer paso importante en el
análisis de los minerales, a part ir de las caras cristalinas, lo
dio Nicolaus Steno (1631- 1687), médico danés que vivió en
Florencia. Steno, una de las figuras sobresa lientes de la
historia de la geología, demostró, con los rudimentarios
instrumentos
Sección 2-2: FORMA Y ESTRUCTURA DE LOS CRISTALES 9
a su disposición, que dos caras determinadas en distintos
ejemplares de cuarzo se cortan siempre fonnando el mismo ángulo
diedro, independiente del tamaño y de la forma de los cristales. Un
investigador italiano, Guglielmini, probó en 1688 y 1705 que esto
se cumple también para otros minerales, y, además, que los ángulos
característicos de una especie mineral son distintos de los de
cualquier otra. En la balita o sal común, p. ej., el ángulo formado
por dos caras contiguas es siempre recto (Fig. 2-6), lo que quiere
decir que el cristal es un cubo o bien una figura semejante a una
caja rectangular. En el cuarzo, como ya lo había observado el
propio Steno, los ángulos formados por las largas caras laterales
del cristal son siempre de 120o.
Los. métodos utilizados por Steno y Guglielmini se perfeccionaron y
ampliaron por obra de otros científicos postedores. Largo tiempo ha
que los mineralogistas dedujeron que la estructura interna de cada
espede mineral es única, y llegaron a esta conclusión analizando
miles de mediciones realizadas sobre muchas clases de cristales. Su
razonamiento se basó en que la constancia de los ángulos diedros en
diferentes ejemplares de una misma especie mineral, fuese cual
fuere la forma y tamaño de los cristales, solo podía explicarse
admitiendo que todos los mi nerales están constituidos por
partículas diminutas agrupadas regularmente con arreglo a un
esquema geomét rico definido. Este esquema es el que impone los
ángulos que forman cada dos caras determinadas, y es idéntico en
todos los ejem plares de una especie mineral dada. El tamaño del
ejemplar depende meramente del ním1ero de tales partículas que
contiene.
Propiedades óplicas.-Otros estudios mineralógicos hechos de~de un
punto dt:. vista diferente reforzaron dicha conclusión. Entre los
má~ importantes deben citarse los efectos que los cristales
produce11 sobre la luz que los atra viesa. El físico holandés
Christian Huygens (1629-1695) descubrió la doble refracción (Pig.
2-3) al estudiar el mi neral llamado calcita. Resulta fácil
aprec1ar el fenómeno colocando un trozo de calcita transparente
(espato de Islandia) sobre un punto marcado en una hoja de papel y
mirando a su través: en vez de un punto se ven dos. Si se hace
girar lentamente el trozo de calcita se observa cómo uno de ellos
da vueltas alrededor del otro.
FJG. 2-3.-Trozo de calcita transparente (es pato de Islandia)
mostr udo la doble
refracción.
Transcurridos más de cíen años, los físicos demostraron que este
hecho podía explicarse fundándose en una teoría de la luz. De
acuerdo con esta, todo rayo que penetra en detenninada clase de
cristal se desdobla en dos que se separan ligeramente uno de otro,
cada vez más a medida que avanzan a través del cuerpo.
Este descubrimiento abrió paso a una nueva e importante técnica
para el
10 Cap. Il: MINERALES Y MATERIA
estudio e identificación de los minerales. William Nicol, que
enseñaba filosofía natural en Edimburgo (hoy diríamos física),
demostró en 1829 que era posible eliminar uno de los dos rayos sin
más que cortar de cierto modo el cristal trans parente de calcita,
pegando luego otra vez los dos trozos. Otros investigadores
adaptaron t-stos prismas de Nicol al microscopio, haciendo asi
posible el estudio de los efectos que producen los cristales en la
luz que los atraviesa. El examen de tales efectos está fuera de los
limites impuestos a este libro; pero si debe insis tirse en que
las propiedades ópticas de los minerales establecidas con el
micros copio petrográf1co, microscopio equipado con dos prismas de
Nicol, son suma mente precisas y de gran valor para el
diagnóstico. Con él pueden identificarse con rapidez casi todas las
especies minerales, y de aquí que sea el instrumento más útil al
geólogo para el estudio tanto de ellas como de las rocas.
En relación con lo que ahora tratamos es de mayor importancia
todavía el hecho de que el microscopio petrográfíco nos suministre
también un modo de llegar a la naturaleza fundamental de la materia
y de la luz. El comportamiento de esta última en los minerales se
relaciona sistemáticamente con los ángulos diedros que forman las
caras de los cristales, Ello sugiere que en la luz influyen las
pequeñísimas partículas regularmente dispuestas en el seno del
cristal, y refuerza la conclusión, deducida de la constancia de los
diedros, de que los mi nerales están constituidos por partículas
submicroscópicas agrupadas ordenada mente.
2-3. La teoria at6mica.-En 1805, el quimico inglés John Dalton
lanzó la hipótesis de que toda la materia está compuesta de
diminutas particulas, a las que denominó átomos. Dalton concibió
esta i~ea para explicar ciertas relaciones ya observadas entre los
pesos deJas sustancias que intervienen en las reacciones químicas;
conclusión a la que también habían llegado los mineralogistas por
un camino enteramente distinto, a partir de sus estudios sobre la
forma externa y las propiedades ópticas. Trabajos post'eriores,
tanto en física y química como en mineralogía, han comprobado por
completo la teoría atómica. Entre las pruebas más interesantes y
decisivas de ella están las deducidas de los estudios de mi
nerales con rayos X. Antes de abordarlas, pasaremos breve revista a
algunas de las cosas que físicos y químicos han averiguado acerca
de los átomos.
Son los átomos partículas extremadamente diminutas: si un trozo
cristalino del tamaño de una nuez se agrandase hasta hacerse igual
a la Tierra, los átomos .componentes tendrían por término medio las
dimensiones de pelotas de beisbol; cien millones de átomos puestos
en contacto uno tras otro cubrirían una lon gitud de unos 25 mm. A
pesar de ello y gracias a sus ingeniosos experimentos y a sus
investigaciones teóricas, físicos y quimicos han podido demostrar
que el átomo, con ser tan pequeño, está constituido por partículas
aún menores, de las cuales solo tres tienen interés en cuanto al
comportamiento quimico de los minerales: el protón, el neutrón y el
electrón. '
Parliculas subatómícas.~Difieren unas de otras en muchos aspectos.
Las
SeccJón 2-3: LA TEORIA ATOMICA 11
propiedades eléctricas, p. ej., son distintas en las tres: el
electrón lleva una carga;. determinada de electricidad negativa,
cuyo valor se ha elegido como unidad de carga eléctrica o cantidad
de electricidad; la del protón es positiva y del mismo valor
exactamente que la del electrón, y el neutrón es, como indica su
nombre, eléctricamente neutro. Pese a estas diferencias, todas
ellas tienen el mismo diá metro aproximado, igual a algunas
billonésimas de centímetro. Su masa es, sin embargo, muy diferente:
la del protón es 1845 veces la del electrón, y la del neutrón es
ligeramente inferior a las masas reunidas de las otras dos
partículas. Los corpúsculos subatómicos del mismo nombre son
siempre idénticos, ya for~ men parte de un átomo de oxigeno o de
uno de hierro o de azufre. En todo átomo, las distintas partículas
integrantes están siempre en número tal que ltacen eléc~ tricamente
neutro al conjunto; es decir, que existe igual número de protones
que de electrones.
Estructura del átomo.--Consta de un núcleo pequeño y denso formado
por uno o más protones y (excepto en el átomo más sencillo de
todos, el del hidró geno) de uno o más nt-utrones. Este núcleo
constituye más del 99,9 %de la masa del átomo; pero solo una
billonésima de su volumen, de donde se deduce que todo el resto de
aquel es principalmente espacio vacío. Un elemento es una sus·
tancia constituida por átomos de una sola clase; o, dicho de otro
modo, los núcleos de todos Jos átomos de un elemento determinado
tienen la misma carga eléctrica. El comportamiento químico de los
átomos depende de sus electrones, los cuales giran alrededor del
núcleo ocupando capas o envolturas concéntricas. El hidró geno, el
más sencillo de los elementos, consta de un solo protón alrededor
del cual gira un electrón. El elemento siguiente en sencillez, el
helio, posee un núcleo
FJG. 2-4.-Dibujos esquemáticos de los átomos de hidrógeno y
belio.
Cap. ll: MINERALES Y MATERIA
FIG. 2-5.- Esquema del aparato utilizado para obtener una imagen
por difracción. El cristal es de calcita.
con dos protones y dos neutrones, a cuyo alrededor circulan también
dos elec trones (Fig. 2-4). Los átomos más complejos, con núcleos
mayores, conservan todos esta capa interna bielectrónica, pero
poseen además otros electrones si tuados en una o más capas
exteriores. Las características químicas de un elemento parecen
depender enteramente del número de cargas eléctricas positivas de
su núcleo; es decir, del número de protones que lo forman. Este
n(unero recibe el nombre de número atómico del elemento. En la
Naturaleza se han encontrado alrededor de noventa elementos y los
científieos han logrado obtener artificial mente unos pocos
más.
A cada elemento s~le ha asignado un símbolo determinado; p. ej ., H
para el hidrógeno, Pb para el plomo (del nombre latino plumbum). Se
trata meramente de una abreviatura que los científicos utilizan
para escribir las fórmulas y ecua ciones químicas. En el Apéndice
IV, tabla 1, aparece la relación de los elementos químicos con sus
símbolos, números y masas atómicas.
Por alguna razón, los elementos más estables químicamente son
aquellos cuya capa externa conlime ocho electrones. Tales elementos
(p. ej ., argón, neón y xenón) ·nunc::J se combinan entre sí ni con
los demás elementos, y de aquí que . e los de nomine gases
inertes. El helio, que solo tiene dos electrones, también pertenece
al mismo grupo.
Los átomos con menos de ocho electrones en su capa exterior son
capaces de combinanc con otros. Los más activos químicamente son
los que poseen uno o siete electrones externos. El sodio (Na), p.
ej., tiene ocho electrones en la penúl tima capa, pero solo uno en
la exterior, mjentras que el cloro (CI) tic.ne siete; el sodio
debe, pues, perder uno, y el cloro ganarlo, para alcanzar el número
es table de ocho. Esto es exactamente lo que sucede cuando ambos
elemento!> se
Sección 2-4: ESTUDIO DE LOS CRISTALES CON RAYOS X 13
combinan para fonnar el compuesto quimico cloruro de sodio o sal
común (NaCl); el electrón solitario de la capa externa del átomo de
sodio pasa a la del átomo de cloro. Ahora bien: la pérdida de este
electrón hace que el átomo de sodio deje de ser eléctricamente
neutro, ya que el número de sus protones nucleares supera en uno al
de sus electrones corticales y tiene, por tanto, una carga positiva
de más. De igual modo, el átomo de cloro, que ha ganado un
electrón, adquiere un exceso de carga negativa no eqttilibrada
igual a uno, puesto que posee en su corteza un electrón más que
protones tiene en el núcleo. Un átomo asi car gado, cuyo número de
protones es mayor o menor que el de electrones, recibe el nombre de
ion. Debido al hecho de que cargas de distinto signo se atraen y
del mismo signo se repelen, el catión de sodio (ion positivo) es
atraído por el anión de cloro (negatjvo), siempre que pueda moverse
libremente, como sucede en los gases o en las disoluciones, y ambos
iones se reúnen para formar una mo lécula de cloruro sódico, con
propiedades muy distintas de las de cualquiera de los dos elementos
componentes. Las moléculas son, pues, grupos definidos de dos o más
átomos fuertemente unidos entre sil.
2-4. Estudio de !os cristales con rayos X .-En 1912 se tuvo la
prueba con cluyente de la teoría atómica de Dalton y ,
simultáneamente, de que los cris tales están formados por átomos
dispuestos en un retículo geométrico. Aquel año, l\.fax von Laue,
físico especializado en fotologia, emitió la hipótesis de que los
rayos X se comportan como ondas. Cuando se t razan sobre la
superficie de un espejo serie~ de estrias paralelas sumamente
próximas, la luz reflejada en él aparece descompuesta en los
colores del es;-ectro. Laue razonó que si los rayos X fuesen de
igual naturaleza que la luz, pero de longitud de onda mucho menor,
y que si, al mismo tiempo, los cristales estuviesen realmente
formados por átomos dispuestos geométricamente según planos
paralelos, la superficie de un cristal podría actuar sobre los
rayos X de un modo muy pareddo a como Jo hace la superficie
reLiculada de un espejo sobre la luz ordinaria.
Para verificar esta idea, dos jóvenes estudiantes de l\-1unich, W.
Friedrich y P. Knipping, colocaron un cristal d.e sulfato de cobre
en un aparato muy pare cido al de la figura 2-5, lo bombardearon
con rayos X y obtuvieron asi el primer lauediagrama. La repetición
del experimento y nuevas pruebas complementarias con otros
minerales proporcionaron la demostración concluyente de que la
estruc tura cristalina se basa en modelos determinados de
distribución, y confirmaron de paso la opinión de Laue sobre las
propiedades ondulatorias de los rayos X. Las experiencias probaron
también más allá de toda duda lo que ya los mineralogis tas habían
inferido, a saber: que la estructura inlerna de los cristales solo
puede explicarse a base de una ordenación regular de sus partículas
submicroscópicas. Se había descubjerto asi un nuevo instrumento de
aplicaciones varias para es tudiar Jos minerales, pues los métodos
rontgenográficos permiten deducir la
1 Más adelante se analizan los casos en que hay o no rormación de
auténticas moléculas.
14 Cap. 11: MINERALES Y MATERIA
disposición geométrica de los átomos en el seno de los cristales,
es decir, su estruc tura interna. Se convirtió en una de las
técnicas más útiles de diagnóstico minera lógico para el
reconocimiento de las diferentes especies, ya que puede aplicarse a
gránulos tan pequeños que apenas son visibles con el
microscopio.
Estructura interna de los cristales.-Las investigaciones realizadas
con los rayos X muestran que, p. ej ., los cristales de halita
(NaCI) tienen la estructura indicada en la figura 2-6. Hemos visto
ya que cuando el electrón solitario que hay en la capa externa del
átomo de sodio pasa a la casi completa capa exterior del de cloro,
cada uno de los dos átomos adquiere la organización estable corres
pondiente a los que poseen ocho electrones externos. Los átomos
logran tal orga nización estable sacrificando su neutralidad
eléctrica y adquiriendo una carga, es decir, convirtiéndose en
iones. En un líquido o en un gas, los cationes de sodio y los
aniones de cloro se pueden reunir para formar una molécula; pero en
un cristal, el apretado empaquetamiento de las partículas exige una
ordenación geométrica fija de los iones. Ahora bien: en tal
disposición, las fuerzas electros táticas de atracción entre iones
de signo opuesto y las de repulsión ent re los del mismo signo han
de equilibrarse de modo algo diferente. La figura 2-6 muestra cómo
se realiza esto en la balita o sal común: cada uno de los cationes
de sodio está situado en el centro de un grupo de seis aniones de
cloro simétricamente dispuestos, y equidista de los seis. De igual
modo, cada anión de cloro aparece rodeado por seis de sodio
agrupados con idéntica simetría. La mayoria de los minerales
conserva su edificio cristalino gracias a enlaces iónicos similares
a los explicados, aunque, en general, su estructura interna es
mucho más compleja y no tan fácil de comprender como la de la sal
común.
Algunos miner.ales, el diamante, p. ej., mantienen su est ructura
gracias a que los átomos integrantes del éristal comparten algunos
de sus electrones. EI diamante está constituido exclusivamente por
carbono, pues es una de las formas cristalinas dé este elem(mto.
Los átomos de carbono poseen cuatro electrones
FtG. 2-6.-C'rlstal cúbico (a la derecha) y estructura interna de la
sal común () balita. El diagrama reticular (a la izquierda) muestra
las posiciones relativas de los núcleos de Na y Cl. La forma de
agruparse los tones est á rt.>presentada en
el centro. (Foto de la Smithsonian Instltutlon.)
Sección 2-4: ESTUDIO DE LOS CRISTALES CON R.A YOS X 15.
------------------------------------------------------·-------
externos, y en los cristales de diamante (Fig. 2-7) todo átomo
enlaza con otro3 cuatro. La esencia de estos enla~es consiste en
que cada uno de los cuatro ele~ trones externos de un átomo está
compartido entre este y cada uno de los cuatro que lo rodean. AsÍ
adquieren estabilidad los átomos de carbono en el diamante. pues
todos vienen a contar con ocho electrones en su capa exterior,
aunque cual quiera de estos esté realmente compartido entre el
átomo en cuestión y uno de los contiguos a él. En cuanto a la
estructura atómica se refiere, cabe considerar cada electrón
formando a la vez parte de las capas externas de dos átomos ve•
cinos de carbono.
Tan estrecha unión entre los átomos de carbono del diamante
comuníca a este mineral una gran cohesión, y de aqui que sea la más
dura de las sustancias
1
naturales conocidas. En este tipo de cristales no existen los
iones, y los átomos conservan su neutralidad electrostática
compartiendo electrones.
El diamante y el grafito (Fig. 2-7) llustran con suma claridad el
hecho da que la diferencia fundamental entre unos y otros minerales
no reside en su com posición química, sino en su estructura
interna. En este caso ambas sustancias están formadas por carbono
puro: su composición química es idéntica, pero los cristales que
resultan tienen estructuras íntimas diferentes (Fig. 2-7). El
diamante
diamante
grafito
F1o. 2-7.-Formas cristalinas y estructuras Internas del diamante y
del gra fito. Se comprende que la dlsposletón de sus átomos en
capas es la que da al
gra!lto su facilldad de extonactón.
16 ('.ap. IY. l'.HNERALE~ Y MATERIA
es la sustancia natural más dura, el grafito es blando y untuoso;
la mayor parte de los diamantes son transparente$, los ejemplares
de grafito son opacos; el dia mante se usa como abrasivo e
instrumento para cortar, el grafito como Iubri~ cante debido a que
se exfolia en finas y minúsculas laminillas que deslizan unas sobre
otras.
Pese a su brevedad, este examen sobre la estructura interna de la
minerales basta para poner de manifiesto que el concepto quimico de
molécula, aunque adecuado en el caso de líquidos y gases, falla
cuando se intenta aplicar a la mayor parte de los minerales
sólidos. Tanto en los cristales cuya estructura se mantiene por
intercambio de electrones (la halita). como en los que los
comparten (el diamante), no existe porción alguna del cristal que
quepa considerar como una molécula individual. En vez de ello,
átomos y iones se comportan como si fuesen esferas sólidas de
distintos tamaños, empaquetadas para formar un modelo geomé· trico,
del mismo modo que podriamos haC'..er una mezcla de toronjas,
naranjas y mandarinas para formar una macedonia de frutas.
Los radios iónicos.- Como hemos visto en la halita, cada ion de un
cristal está rodeado por otros de carga opuesta. El número de los
últimos capaces de agruparse alrededor del primero se debe en parte
a las cargas de los distintos iones, pero es el tamaño de éstos el
factor decisivo en la determinación de dicho número.
En general, el volumen de un átomo depende del número de capas
electrónicas que rodean al núcleo, y de la carga de este. Cuando un
átomo se transforma en ion, perdiendo o ganando electrones, el
equilibrio electrostático se altera, y lo mismo sucede con el radio
del ion. Si, p. ej., el átomo pierde un electrón, trans· formándose
en catión, el exceso de carga positiva del núcleo tira de los
electrones que quedan y los acerca a él; si, por el contrario, ha
habido ganancia de electro. nes, las capas que rodean al núcleo se
separan y el radio aumenta. También pueden producirse alteradones
d~ volumen durante la ionización en virtud de cambios en el número
de capas electrónicas. El átomo de sodio, p. ej., posee tres capas,
pero la externa consta de un solo electrón; si éste se pierde, el
catión sódico re sultante queda solo con dos capas, de las cuales
la exterior tiene la configuración estable debida a sus ocho
electrones. Ahora bien: este ion es algo más pequeño que el átomo
de neón, tan sumamente parecido a él por poseer las mismas dos
capas electrónicas constituidas por números iguales de electrones:
dos y ocho. La causa de ello rndica en que el catión sódico tiene
en su núcleo un exceso de carga positiva que atrae a los electrones
corticales y reduce sus dimensiones, comparadas éstas con las del
átomo eléctricamente neutro del neón.
En la tabla 2-1 aparecen en unidades Ángstrom los radios atómicos y
iónicos de los nueve elementos más abundantes en la corteza
terrestre. Un angstrom (Á) es una cienmillonésima de centímetro
(0,000 000 01 cm, ó to-s cm). El tamaño de los átomos y jones se
mide determinando la distancia entre dos capas inme diatas
formadas por ellos en un cristal, ya sea con auxilio de los rayos X
o si~ guiendo otros métodos similares. Nótese que los aniones son
considerablemente
Sección 2-4: ESTUDIO DE LOS CR.ISTALES CON RAYOS X 17
mayores que los correspondientes átomos neutros, y que. en cambio,
los cationes son mucho menores. La abundancia de los elementos que
aparecen en la tabla se ha d~terminado indirectamente haciendo
millares de análisis químicos de los distintos grupos de rocas que
componen la corteza terrestre, y luego, a partir de los mapas
geológicos (Cap. VI), determinando las áreas ocupadas por ellas. De
ambos datos se obtiene Ja abundancia relativa, en porcentaje, de
los distintos elementos que integran la cortep terrestre. La tabla
2-1 muestra claramente la enorme importancia que para el estudio de
los minerales tiene la investigación de las relaciones quimicas
entre el oxigeno y el silicio, ya que ambos elementos constituyen
alrededor del 75 % en peso de la corteza terrestre. La mayor
parte
~ de los minerales frecuentes en ella son silicatos, formados al
combinarse la silice -compuesta de oxigeno y silicio-con uno o más
de los metales más abundantes: aluminio, hierro, calcio, sodio,
potasio y magnesio.
Las n:•ludones volumétricas son todavía más impresionantes: tan
grande es el anión de oxígeno (02-, 1,40 Á) que, pese a constituir
este elemento el 47 % del peso de las rocas corticales, su volumen
alcanza el 92 %· Resn!ta así que la cor teza sólida de la Tierra
está formada casi ¡por un único elemento!, al que de ordi nario
solo tenemos en cuenta como uno de los gases atmosféricos.
TABLA 2-1
1 -
en angstroms :er·restre Elemento
atómico Porc®taje Porcentaje A tomo Ion l'n peso en volumen
8 Oxígeno o 0,60 02- 1,40 • 46,60 91,9'i 14 Silicio Si 1,17 Si4f
0,42 27,72 0,80 13 Aluminio Al 1,43 AP+ 0,51 8,13 0,77 26 Hierro Fe
1,24 Fe u 0,74 5,00 0,68
Fes+ 0,64 20 Calcio Ca 1,96 Ca9+ 0,99 3,63 1,48 11 Sodio Na 1,86
Na+ 0,97 2,83 1,60 19 Potasio K 2,31 K+ 1,35 2,59 2,14 12 Magnesio
Mg 1,60 Mga+ 0,66 2,09 0,56 22 Ti tanio Ti 1,46 Ti3+ 0,76 0,44
0,03
Ti4+ 0,6.8 !
REFERENCIA: Datos sobre abundancia, de Principies ot Geochemi.strg,
de Brian Mason, Nueva York, John Wlley and Sons, 1952, p¡,_g. 42;
los datos acerca de los radios atómicos y lónleos de la
•Geochemical Table of the Elements for 1953•, de Jac:k Green, en el
Geologicql Societg o! Amerioea Bull., voL 64 (1953). págs.
1001-1012.
Aunque se conocen más de dos mil especies diferentes de nünerales,
la mayorfa de ellas son raras. Unas veinte, muy comunes, componen
la casi totalidad de las rocas visibles, silicatos en su inmensa
mayoría.
GJLt.ULY.-2
Cap. 11: MINERALES Y MATERIA
~. El tetraedro d&l sDicio.-El ion de silicio (Si4+) tiene un
radio de 0,42 A; el de oxígeno (Q2-), de 1,4 A. En los silicatos se
agrupan cuatro iones de oxigeno y uno de silicio para formar una
figura piramidal conocida con el nombre de tetraedro sillcico (Fig.
2-8). En el diagrama reticular A de la figura, el núcleo del ion
silicio se halla en el centro del tetraedro, y los de los iones de
oxigeno ()cupan los cuatrc1 vértices. En B, donde los iones están
dibujados a escala, puede apre. ciarse muy bien el tamaño mucho
mayor de los de oxígeno. El tetraedro del silicio es a su vez un
ion complejo, no un cristal ni una molécula, porque la agrupa~ión
de cuatro iones de oxigeno, cada uno con dos cargas negativas, y
uno del silicio, con cuatro positivas, da como resultado un ion
tetraédrico con cuatro cargas negativas no neutralizadas. Para
formar una unidad eléctricamente neutra en el
A B Vre. 2-S.-Tetraed.ro del silicio: A) diagrama reticular; B)
empaquetamiento de los. Momos;
C) las figuras geométricas denominadas tetraedros.
,11
seno de un cristal seria preciso adicionar a este ion tetraédrico
otros iones positivos que enla?..asen con él {p. ej., de magnesio
(Mg2+) o de hierro (Fe2+)J, cual sucede en el mineral olivino (Fig.
2-10), o bien compartir los iones de oxigeno situados en Jos
vértices del tetraedro, como sucede en el cuarzo (Apéndíce II, Fig.
11-2).
Dado que los minerales más comunes son los silicatos, y puesto que
estos son combinaciones del ic¡n tetraédrico fundamental (Si04)4-
con uno o más ele mentos adicionales, se comprende que el
tetraedro del silicio sea la piedra sillar mas imporlante en la
OJ'quileclura cortical terrestre. En los diferentes minerales,
lo& tetraedros silícicos se enlazan unos con otros y con
distintas clases de ca tiones, siguiendo disposiciones geométricas
características. Una manera de clasi ik.ar los silicatos se basa
en la clase del enlace: en el piroxeno corriente los te traedros
están unidos sólidamente en largas cadenas (Fig. 2-9, a); en las
micas forman láminas dobles (Fig. 2-9, b), y en los cristales de
oli'Vino y monticelita, 6$C1Uematizados en la figura 2-10,
constituyen una armazón que resulta de la t.mión de unos tetraedros
con otros por intermedio de átomos de magnesio, hierro
. y calcio.
a
b F1o. 2-9.-Diagrama estructural en el que se muestra cómo los
tetraedros del sil\cto pueden estar enlazados: a) en cadenas
<-omo en los plroxenos, o b) en capas como en muchos mJneraJe1
de exfoliación mtcácea. En la mtca los tetraedros se agrupan
formando capas dobles; el esquema
b) muestra solo una de ambas lAminas.
20 cap. I1: MlNERALlf.'S J' MATlf.'RlA
o 1 2 3 angstroms ...............
O iono=
Q ionca++
e ion $j++++
olivino" (Mg,FehSi04 monticelíte- MgCaSi04
FIG. 2-10.- 0iivino y monticebta. Se ve cómo la sustitución de Jos
iones de hierro o de magnesio por los de calcio, más grandes,
obliga a una expansión en la es
tructura del cristal (según W. L. DJngg, 1928).
2-6. Variaciones en la composición química de los
minerales.-Algunos mi" nerales, entre ellos el diamante (C), el
azufre (S) y el oro (Au), son elementos. Otros, como el hielo
(H20), el cuarzo (Si02), la calcita (CaCOs) y la caolinita
(H4Al2Si2Ü9), son combinaciones cuya composición puede expresarse
por fór mulas químicas sencJllas. Sin embargo, como ya se indicó
en la definición de minerales, el porcentaje de los diversos
elementos que estos contienen suel~ variar entre ciertos límites,
con lo que su composición deja de ser representable por una
fórmula. Una causa de tal variación es que determinados ele1nentos
pueden sustituirse mutuamente.~:en el seno del cristal, provocando
una marcada variación de las propiedades químicas dentro de una
misma rspecie mineral. Tal susti- tución se denomina solución
sólida, uno de cuyos ejemplos más sencillos lo da el grupo
mineralógico del olivino. Su fórmula general, (Mg,Fe)2Si04, indica
que los distintos ejemplares de olivino pueden tener composiciones
químicas inter medias entre las de los dos términos extremos, es
decir, que varían desde el Mg2Si04
puro, forsterita, hasta el Fe2Si04 también puro, fayaJita. La
variación afecta solo a las cantidades de magnesio, Mg, y hierro,
Fe; las de oxigeno y silicio per manecen constantes. Los miembros
intermedios de la serie del olivino se consi deran como soluciones
sólidas de los dos términos extremos, y debe hacerse hincapié en
que tales miembros intermedios son cristale.s homogéneos y no meros
agregados mixtos de dos cristales diferentes.
Las series constituidas por soluciones sólidas no pueden explicarse
mediante el concepto de molécula aplicable a gases y líqtúdos, sino
solo basándose en la estructura iónica, según vamos a ver a
continuación.
El mecanismo de sustitución en las soluciones sólfdas.-La
aplicación de los rayos X o de otros métodos análogos de
investigación a los minerales ha reve-
S4:cd6n 2~7~ .MINERALOIDBS 21
lado gran parte del mecanismo mediante el cual un elemento
sustituye a otro en U.H cristal. El factor más importante, entre
los que controlan la disolución sólida, no es, como cabría pensar,
el número de electrones que los átomos poseen en su capa más
externa, sino su radio iónico. En el olivino, el Fe y el Mg pueden
sustituirse mutua y fácilmente; no porque ambos tengan dos
electrones exteriores, sino, sobre todo, porque sus radios iónicos
son casi iguales.
En muchos grupos minerales, el sodio- con un electrón externo-puede
sustituirse por el calcio- con dos-, debido a la casi identidad de
sus radios iónicos (0,\}7 y 0,99 Á). En cambio no es tan frecuente
la sustitución del sodio por el potasio, pese a tener ambos un
electrón en su capa exterior, porque el ion potásieo t'S mucho
mayot: (1,33 Á) que el de sodio. La importancia del radio iónico en
las sustituciones destaca particularmentl' en este ejemplo, ya que
el sodio y el potasio son muy similares en cuanto a propiedades
químicas. En Jos cristales de feldespatos piagioclasas se da en
realidad la su~titución de una pequeña can tidad de sodio por
potasio (la estructura interna se deforma para adaptarse a la
diferencia de los diáml.'tros iónicos); pero cuando la sustitución
excede de cierta cantidad, Ja deformación resulta evidentemente
excesiva para que se conserve la estabilidad, y el conjunto se
separa en cristales entremezclados de dos mi nerales diferentes:
feldespato potásico (ortosa) y un feldespato plagioclasa. La figura
2-10 muestra el resultado de sust ituir una mitad aproximada de los
iones de magnt>sio o hierro del olivino por otros tantos de
calcio; se origma así la estruc tura algo dif<·rente de la
monticelita, mineral de composición química sumamente p róxuna a la
del olivino.
Es obYio que un elementv cuyo átomo posea un solo electrón en su
capa ex terna no puede sustituirse por otro con dos si.u destruir
la neutralidad eléctrica dt" su estructura; es preciso, para que
e~ta neutralidad se conserve, una segunda y sunultám·a sustitución;
p. ej., En la& plagioclasas, seríe de soluciones sólidas. el
pa!-.o de la albita pura, NaAISisOs, a la anortita pura~
CaAl2Si20s, tiene lugar mediante la sustitución sim1Iltánea del
sodio (con un electrón) y del silicio (con cuatro) por el calcio
(con dos) y el aluminio (con tres). La neutralidad química se
conserva, puesto que 3 + 2 = 4 + l. El diámetro del. ion sodio es
casi igual al del calcio, y el del aluminio es tan próximo al del
silicio (tabla 2-1) que los caml.1ios internos produc1dos por la
sustitución no deforman la estructura interna e u grado sufide.nt('
para p1 ovocar la separación. Estos ligeros cambios de estruc tura
y composición son, empero, lo bastante grandes para producir
variaciones m~dihtes en las propiedades ópticas que presentan los
cristales de plagioclasas de compo.,i<:ión clift-rcnLe.
2-7. Mineraloides.- Algunas sustancias naturales que no cumplen
todas las <·ondiciones dadas en la definición de mineraJes se
agrupan comúnmente bajo el nombre de mineraloides. El más corriente
de todos ellos es quizá el ópalo, consti tuyente común de las
rocas, pero de estado amorfo, esto es, no cristalino y, por tanto,
carente de estructura interna ordenada.
22 Cap. 11: MINERALES Y MATERIA.
2-8. lclentificaoi6n de minerales.-De los dos millares largos de
minerales reconocidos y descritos, solo unos veinte son
constituyentes abundantes de la corteza terrestre. La mayoria de
estos puede identificarse con facilidad a simple vista por
cualquiera que se preocupe de observar cuidadosamente sus
propiedades físicas ordinarias. En el Apéndice 11, que debe
estudiarse conjuntamente con este capitulo, se describen los
métodos utilizados para la identificación de mi nerales, y en él
se da una relación con las propiedades de los veinticinco más
comunes, asi como de otros doce dignos de estudio por su
importancia econó~ica.
CUESTIONES (Basadas en parte en el Apéndice 1)
2·1. ¿Cuál es la diferencia esencial entre un mineral y un animal?
¿Y entre un mineral y una roca 't ¿Y entre un mlner.tl y un ele·
mento qu!mico?
2·2. ¿Qué es lo que determina la forma geométrica exterior de los
cristales? Expliquese por qué sabemos que es asl.
2-3. ¿Por qué es más útil, en la identifi cación de minerales, e.l
microscopio petrográ fico que los métodos ana.IIUcos utilizados
por los qufmicos?
2-4. Nómbrense tres partículas subatómlcas y descrfbanse brevemente
sus principales ca racterfstlcas.
2-5. Expónganse las caracterfstlcas que dis tinguen a las
slguie!ltes formas de materia.: elementos, isótopos, iones y
átomos.
2-6. ¿Cuál es la diferenc.It básica entre un
cristal y una molécula? ¿Por qué no se puede aplicar a la mayor
parte de los minerales la Idea de molécula?
2-7. ¿Qué factores regulan la sustitución de un elemento por otro
en una serie mlnera.l de disoluciÓn sólida?
2-8. Expliquese la razón de que las diferen cias estructurales
Internas entre el diamante y el grafito sean causa de sus dHerentes
pro· piedades fisicas: exfoliación, dureza, peso es pecífico,
etc.
2-9. ¿Por qué está determinado el peso espe cífico del cuarzo
(2,65), mientras que es va riable el de los plroxenos (de 3,2 a
3,6)?
2-to. Suglérase una razón por la que la raya de un mineral sea con
frecuencia más carac terfstica que el color de un gran trozo del
mismo.
LECTURAS REOOMENDADAS
BRAGO, W. L.: The .Alomic Structure of Mínt rals. Itbaca, N. Y.,
Comell UnJverslty Press. 1937.
ENOLISH, G. L.: Gettlng Acqualnted with Mí· nerals. Nueva York,
McGraw-Hill, 1934.
MAsoN, Brian: Principie& of Geocmm&lrfl. Nueva York, Jobn
Wlley and Sons, 1952.
TUTToN, A. E. H.: The Natural Hl1tory of Cry1tals. Nueva York, N.
Y., E. P. Dutton, 1924.
CAPITULO 111 EL ARCHIVO DE LAS ROCAS
Las rocas están por doquier: en los picachos de las montañas, en
las paredes de los acantilados, en las orillas de las impetuosas
corrientes de agua. Incluso donde el suelo cubre por completo la
superficie terrestre, las zanjas abiertas para las carreteras y las
perforaciones de los pozos revelan debajo la roca sólida. Se pueden
definir como agregados de minerales, y las amplias variaciones de
aspecto y· propiedades fisicas que presentan dependen de la clase y
cantidad de los minerales en ellas contenidos, y de cómo los granos
de estos se agrupan y unen. Pero nosotros podemos saber mucho más
de las rocas que los nombres de los minerales integrantes. Hasta
ahora hemos estudiado estos enfocando nues tro interés sobre su
composición química y propiedades físicas. Si fuese esto todo lo
que 'deseásemos conocer, ni la mineralogla. o ciencia de los
minerales, ni la lüologla, o ciencia de las rocas, serían otra cosa
que el estudio químico y fisico de los materiales que integran la
corteza terrestre. Pero el principal interés que las rocas tienen
para el geólogo es el hecho de que constituyen un archivo revela
dor de las condiciones físicas del ambiente que imperaban en el
momento en que los minerales se agregaron para constituirlas:
im¡tresas en la mayoría de las rocas hay, en efecto, señales que
nos hablan de las condiciones bajo las cuales se formaron. Con
frecuencia también, la lectura de ese registro se convierte en una
exploración fascinadora de la historia de la Tierra, ya que muchos
acon tecimientos posteriores a la formación de la roca han dejado
allí sus huellas. Al geólogo no le interesan solo las mediciones
físicas y químicas; es también un detective que huronea el rastro y
reúne testimonios, en apariencia dispersos, hasta elaborar un
cuadro lógico de los acontecimientos pasados.
En este capitulo se esbozan algunos de los métodos que los geólogos
utilizan para reconstruir el pretérito geológico a partir de los
registros hallados en las rocas. Volviendo a las afirmaciones
hechas en el capitulo primero: ¿qué testi monios existen de que el
lugar donde hoy se asienta Glasgow no tuvo siempre el clima severo
y húmedo actual, sino que, por el contrario, lució en otro tiempo
bajo el brillante sol del desierto?, ¿o de que las frias llanuras
de Alberta estu vieran otrora recubiertas por un mar tropical
somero como el que baña en la actualidad el nordeste de Australia?
Para sentar los fundamentos que nos per mitan responder a estas
cuestiones vamos a establecer una de las grandes leyes
23
24 Cap. III: EL ARCHIVO DE LAS ROCAS
de la geología, el llamado principio de las causas actuales, que
fue el primero en introducir la dimensión del tiempo en el estudio
de la Tierra.
3-1. «El pl'eSente es la clave del pasado».-La geología, al igual
que todas las ciencias, sistematiza los datos recogidos por la
observación y la experimen· tación en cierto número de amp1ias
leyes, cuya validez debe ser objeto de critica por parte de los
investigadores.
El principio de las causas actuales fue propuesto en 1785 por James
Hntton, de Edimburgo, y popularizado en un texto por el geólogo
inglés Charles Lyell, en 1830. Este principio de «uniformidad en el
orden de Ja Naturaleza• puede enunciarse como sigue: el presente es
la clave del pasado, o, aplicado más especí ficamente a nuestro
actual problema: las rocas formadas tiempo ha en la super ficie
terrestre pueden conocerse y explicarse de acuerdo con los procesos
que tienen lugar actualmente.
El principio de las causas actuales supone que las leyes físicas
hoy imperantes lo han sido siempre a lo largo del pasado geológico.
Admite, p. ej., que en este pasado, al igual que hoy, las aguas se
reunieron fonnando corrientes y trans portaron cargas de lodo y
cieno hasta el mar; que hubo también, probablemente, organismos que
vivieron y murieron en los antiguos mares, cuyas conchas y
caparazones quedaron enterrados en el barro y en las arenas
acumuladas sobre los fondos marinos. El registro de estos hechos
pasados puede hallarse en rocas compactas, muchas de las cuales
presentan rasgos idénticos a los de las que hoy vemos
formarse.
El principio de las causas actuales, como cualquier otra ley
cit>ntifica, se con sidera válido porque todos los hechos
conocidos encajan en él. Los estudios geoló gicos a lo largo de
muchas generaciones no han podido hallar jamás testimonio alguno de
que las condiciones del pasado hayan sido diferentes de las
actuales; pero, también como la rrfayoria de las leyes científicas,
debe interpretarse con sumo cuidado y en un sentido más bien
amplio. Al aplicar el principio de que el pre sente es la clave
del pasado no debemos olvidar que, si bien existen datos para creer
que los procesos geológicos se han producido siempre del mismo
modo, no podemos asegurar que se hayan verificado en todo momento
con la inten sidad o el ritmo presentes. De datos que se verán en
el capitulo XIII, deducimos que hace unos 15 000 aiios el clima era
más frío y los glaciares mucho más ex tensos que ahora; pero
tenemos toda clase de razones para suponer que aquellos glaciares
se formaban, se desplazaban, erosionaban y sedimentaban exactamente
como lo hacen boy.
No es fácil juzgar la rapidez con que se produjeron Jos fenómenos
en tiempos geológicos pasados. Para los geólogos que observaron por
vez primera rocas de arenas y barros compactados, depositados por
antiguos cursos de agua y por anti guos mares, su enorme espesor
pareció exigir agentes de sedimentación muchisimo más poderosos que
los que vemos actuando hoy. Pero un proceso lento puede lograr en
millones de años lo que otro rápido podria hacer en un tiempo
mucho
Sección 3-2: LAS ROCAS SEDIMENTARIAS 25
más corto. Hoy sabemos, por investigaciones de diversos tipos, que
el archivo geológico abarca más de 2000 millones de años (Cap.
VII), y que el enorme es pesor de los sedimentos no tiene que
explicarse necesariamente como conse cuencia de catastróficas
inundaciones o crecidas, sino como el resultado inevi table de la
acción largamente proseguida del mismo lento proceso que hoy ob
servamos.
En lo que sigue, consideraremos algunos problemas a la lu~ del
principio de las causas actuales.
3-2. Las rocas sedimentarias.- Todo el mundo ha observado cómo los
arro yuelos que se forman en las laderas de las colinas, durante
los chaparrones arras tran y extienden capas de barro, arena y
grava hasta la base de las escarpadas faldas. Cualquier corriente,
ya sea insignificante arroyuelo, ya caudaloso río, arrastra
detritos curso abajo. La mayoría de los restos rocosos forman
temporal mente barras de arena y grava, o se depositan en capas de
cieno y lodo allí donde disminuye la velocidad del agua de los
cursos; pero las crecidas y riadas arrastran estos depósitos más
lejos y, en definitiva, su mayor parte va a parar luego al
océano.
Tan comunes son estos hechos, que hace ya más de 2000 años los
griegos aprt>ndieron a reconocer los depósitos formados por las
aguas. Algunos llegaron mediante razonanúentos a la conclusión de
que los lechos de grava y arena situados a un nivel superior al que
alcanzaban las crecidas, de ellos contemporáneas, de bían de ser
depósitos formados por corrientes más antiguas. También interpre
taron como testimonios de anteriores mares, de situac