Del total de minerales reconocidos y descritos, solo unos cuantos son abundantes en las rocas. A estos grupos de minerales se les conoce como minerales formadores de rocas. La razón de lo anterior es que los elementos químicos que los constituyen son los más abundantes en la corteza y en la parte superior del manto terrestre. Constituyen más del 90% del total de la roca y son los que le dan nombre; también se les conoce como minerales esenciales. Cabe mencionar, que los minerales cuyo porcentaje alcanza hasta un 10% del volumen total de la roca se les conoce como minerales accesorios. Los minerales esenciales y accesorios se originan durante los procesos que dan origen a las rocas. Existe un tercer grupo de minerales conocido como minerales secundarios, los cuales son producto de la alteración química de los minerales esenciales y accesorios. A continuación se describen brevemente los principales grupos de minerales formadores de rocas.
Silicatos
Los silicatos son el grupo más abundantes en la Tierra y es el principal formador de rocas. Son resultado de la combinación de iones de Si y O [(SiO4)4-] (Figura 14), que a su vez se combinan con cationes de otros
elementos. El (SiO4)4- está constituido por cuatro oxígenos (O2-) y un ión de
Si4+, que al combinarse originan el ión (SiO
sólido piramidal de cuatro lados conocida como tetraedro, donde cada uno de sus lados es un triángulo (Figuras 10 y 20).
Figura 20. La combinación de O y Si da como resultado el ión sílice, el cual es un sólido de cuatro lados (tetraedro) que se combina con otros iones para formar a los silicatos. Los silicatos son los minerales formadores de rocas más importantes (modificado de Tarbuck y Lutgens, 1999)
Cada tetraedro es un ión con una carga eléctrica de 4-, que tiene que ser
balanceada por una carga de 4+ para equilibrar la carga del mineral, lo que
ocurre cuando los tetraedros se combinan con otros elementos (cationes), por ejemplo con el potasio (K+), sodio (Na+), calcio (Ca2+), etc. De manera alternada
los oxígenos de cada tetraedro se relacionan con los oxígenos de otros tetraedros, lo cual hace de los tetraedros la unidad fundamental del grupo de los silicatos. La forma en que se relacionan esos tetraedros origina varios tipos de arreglos o estructuras que son: aisladas, en anillos, cadenas sencillas y dobles, en láminas u hojas y en armazones (Tabla 3). Cabe mencionar que en ocasiones el Al3+, sustituye al Si en muchos silicatos. Por ejemplo en el grupo de
Las estructuras aisladas se originan cuando el oxígeno de un tetraedro se enlaza con un catión y este a su vez se enlaza con el oxigeno de otro tetraedro. La estructura resultante son tetraedros aislados rodeados por cationes (Tabla 3). El olivino es un mineral con este tipo de estructura.
Las estructuras en anillos se forman cuando dos oxígenos de un tetraedro se enlazan con los oxígenos de los tetraedros adyacentes, uno en cada lado, y forman anillos cerrados. Los anillos pueden ser de tres, cuatro o seis tetraedros (Tabla 3). La cordierita, mineral común en las rocas metamórficas, presenta este tipo de estructura.
Las cadenas simples se forman al relacionarse los oxígenos de diferentes tetraedros, donde el oxígeno de cada lado se enlaza con el del tetraedro vecino, en cadenas abiertas. Estas cadenas se relacionan con otras cadenas a través de los cationes (Tabla 3). Los minerales del grupo de los piroxenos presentan este tipo de arreglos, por ejemplo la Enstatita, mineral común en rocas ultramáficas y rocas metamórficas de alto grado. Cuando las cadenas simples se combinan a través de los oxígenos de sus tetraedros se forman las cadenas dobles (Tabla 3). Las cadenas dobles también se enlazan a través de la incorporación de cationes a la reacción. Un ejemplo de estas cadenas son los minerales del grupo de los anfiboles, donde la hornblenda es un miembro del grupo, cuya fórmula química es compleja e incluye Ca2+, Na+, Mg2+, Fe2+ y Al3+.
La hornblenda es un mineral común en las rocas ígneas félsicas y en las rocas metamórficas de bajo y medio grado metamórfico.
Por otro lado, los arreglos en hojas o láminas se forman cuando tres de los oxígenos de cada tetraedro se enlazan con los oxígenos de los tetraedros adyacentes para edificar una pila de hojuelas o láminas, donde los cationes son los que conectan a las hojuelas. Las micas, comunes en rocas ígneas y
metamórficas y las arcillas, comunes en rocas sedimentarias, son ejemplos de minerales con estas estructuras.
Cuando todos los oxígenos de un tetraedro se enlazan a los oxígenos de los tetraedros adyacentes formando arreglos tridimensionales construyen los armazones (Tabla 3). El grupo de los feldespatos y el cuarzo, dos de los minerales más abundantes en la corteza, tienen este tipo de estructura.
Químicamente la forma más común de los silicatos es el dióxido de Silicio (SiO2), que es la fórmula del cuarzo, el más común de los minerales. Cuando los
tetraedros de Si y O se enlazan la fórmula química total queda como SiO2.
Carbonatos
Son minerales compuestos por iones de C y O (CO3)2- que se combinan con otros
cationes como el Ca o el Mg para formar minerales. El CaCO3 constituye a la
calcita (Figura 4 ) y es uno de los mas abundantes minerales que existen sobre la superficie de la Tierra. Se forma cuando el carbono es rodeado por tres átomos de oxigeno en un triangulo. Los C se presentan en hojuelas, similares a los arreglos de los silicatos, que se enlazan a través de sus cationes. Por ejemplo las hojuelas del C que se enlazan a través del Ca forman a la calcita. La
Tabla 4. Estructura de los silicatos. Los silicatos tienen como base en su estructura los tetraedros de Si2O4, que dependiendo de cómo se relacionan forman los diferentes tipos de silicatos (Modificada de Tarbuck y Lutgens, 1999).
Estructuras en los silicatos Arreglo
geométrico de los tetraedros
Ejemplo Composición química
Aislados (Nesosilicatos)
Olivino
(Silicato de Magnesio y Fierro)
Zircón (Silicato de zirconio)
(Mg, Fe)2SiO4 ) (SiO4)Zr En anillos
(Ciclosilicatos) Cordierita (Silicoaluminato de Fierro y Magnesio) Berilio (Silicoaluminato de berilo) Al3(Mg, Fe)2Si5AlO18 (Si6O18)Be3Al2 En cadenas Sencillas Piroxeno Enstatita (Silicato de Magnesio y Fierro)
Diopsido (Silicato de Calcio y Magnesio) (Mg, Fe)SiO3 (Si2O6)CaMg I n o s i l i c a t o s En cadenas dobles Anfibol Hornblenda
(Silicato de fierro, magnesio ycalcio)
Tremolita (Silicato de Calcio y Magnesio) Ca(Mg, Fe)4Al(Si7Al)O22(OH, F) (Si8O22)Ca2Mg5(OH)2 En hojas (Filosilicatos) Mica (muscovita) (Silico-aluminato de potásio Talco (Silicato de Magnesio)
KAl3Si3O10(OH)2 (Si4O10)Mg5(OH)2 En armazones (Tectosilicatos) Feldespato (Ortoclasa)(Silico-aluminato de potásio) Cuarzo (silice) KAlSi3O8 SiO2
dolomita Ca,Mg(CO3)2 es un carbonato cuyas hojuelas se relacionan por la
alternancia de Ca y Mg que las enlazan.
Óxidos
En este caso se combina el O con un catión geralmente metálico, el Fe2+ o el
Fe3+, para formar minerales, por ejemplo la hematita Fe
2O3. Generalmente
presentan enlace iónico y su estructura varía de acuerdo al tamaño de los cationes presentes. Este grupo es importante porque muchos de los elementos metálicos económicamente importantes se presentan como óxidos, por ejemplo el cromo o el titanio, o el mismo Fe. Por otra parte la espinela es un óxido de dos metales (MgAl2O4) con un empaquetamiento muy cerrado con estructura
cúbica que le confiere una densidad de 3.6 g/cm3, lo cual refleja las
condiciones de P y T bajo las cuales se forman.
Sulfuros
Los sulfuros son compuestos por el anion S2- y cationes metálicos. Las menas
minerales de muchos yacimientos se presentan como sulfuros, por ejemplo el Cu, Pb, Zn o Ni. La estructura de este grupo mineral es diversa y depende del tipo de catión con el que se combina el S2-. A este grupo mineral pertenece la
pirita (FeS2).
Los sulfatos son minerales constituidos por el anión (SO4)4- y cationes
metálicos. Este grupo también presenta una gran diversificación en cuanto estructura. El mineral más abundante de este grupo es el Yeso, el cual se forma por la evaporación del agua de mar. Durante la evaporación iones de Ca2+
y SO42+, abundantes en el agua de mar se combinan y precipitan como capas de
sedimentos, formando sulfato de calcio (CaSO4.2H2O). La anidrita (CaSO4).
difiere del yeso porque la primera no contiene agua. El yeso es estable a bajas temperaturas y presiones, las que prevalecen en la superficie de la Tierra. La anhidrita es estable a las temperaturas y presiones que prevalecen cuando son sepultados los sedimentos.
Es importante reflexionar en el hecho que los minerales han estado presentes a lo largo de la historia del hombre. Incluso en la actualidad los minerales, o los productos derivados de ellos, son la base de la tecnología moderna, sin olvidar que varios de ellos han sido utilizados desde tiempos inmemoriales como gemas o piedras preciosas. Cuando transitamos por una carretera y observamos un paisaje montañoso, generalmente no somos concientes de los procesos que han ocurrido para dar como resultado ese paisaje, mucho menos nos percatamos de los materiales que lo componen. Estos materiales son las rocas, las cuales como ya se ha mencionado, están compuestos por minerales. Para entender los procesos que han modelado el paisaje y dado origen a las rocas que lo constituyen, es necesario estudiar a los minerales, identificándolos y estableciendo las relaciones que tienen entre ellos.
En resumen, el estudio de los minerales es importante para entender los procesos que han ocurrido a lo largo de la historia de la Tierra, ya que
permiten definir bajo que condiciones se llevan a cabo los procesos que generan a las rocas, que las deforman y que permiten la acumulación de materiales útiles al hombre (yacimientos). Además, no debemos olvidar que el desarrollo de la civilización (¿?) humana depende hasta ahora y en gran medida de los recursos obtenidos directa o indirectamente de nuestro planeta, la cual ha invertido cerca de 4,600 Ma en crearlos. Esto hace necesario que comprendamos la importancia y el tiempo que necesitó la Tierra para generarlos y por consecuencia que lo importante que es explotarlos racionalmente.
Referencias
Tarbuck, E.J. y Lutgens, 1999, Ciencias de la Tierra; ed. Prentice Hall, 619 p.
Agradecimientos
Agradezco a Consuelo Macías Romo por su apoyo en la toma de las fotografías de los minerales que ilustran el texto.