1. Estabilidad y Equilibrio Mineral

Los minerales son fases termodinámicas estables, que responden a los cambios físico-químicos del medio de formación con reajustes estructurales y composicionales.

Conceptos Básicos

• Sistema: Región del universo arbitraria o naturalmente aislada e independiente del resto.
• Fase: Parte del sistema que tiene una composición química homogénea, y que puede separarse físicamente (o al menos distinguirse) del resto del sistema. Los minerales son ejemplos de fases.
• Componente: Especie química necesaria para describir la variabilidad química del sistema.

Energía Libre de Gibbs

G = H – TS; la energía liberada por un sistema para realizar un trabajo.
ΔG = 0, el sistema está en equilibrio; ΔG < 0, la reacción es espontánea en el sentido establecido; ΔG > 0, la reacción no es espontánea en el sentido establecido.

Variables de Estado

• Variables extensivas: Dependen de la materia del sistema (volumen, entropía, entalpía o energía libre de Gibbs).
• Variables intensivas: Son independientes de la masa (temperatura y presión).

Estados del Sistema

• Equilibrio estable: Las variables no cambian con el espacio y el tiempo. La energía libre de Gibbs (G) es mínima.
• Equilibrio metaestable: Las variables no cambian con el espacio y el tiempo. La energía libre de Gibbs (G) no es mínima.
• Equilibrio inestable: Las variables cambian con el espacio y el tiempo.

2. Regla de las Fases de Gibbs

El número de fases (minerales) que pueden coexistir en equilibrio en una roca es limitado, y viene restringido por la siguiente expresión:

P + F = C + 2
Donde: P = número de fases, F = grado de libertad del sistema, C = número de componentes.

El grado de libertad (F) se refiere al número de variables intensivas que pueden cambiar independientemente en un sistema sin modificar el estado de equilibrio.

3. Diagramas de Fases

Un diagrama de fases es una región que muestra los campos de estabilidad de las fases en función de la composición, temperatura y/o presión.

Tipos de Diagramas de Fases

• Diagramas monarios (un componente): Representan los campos de estabilidad en función de P y T de las fases polimórficas de un determinado compuesto.
• Diagramas binarios (dos componentes): Representan la composición del sistema en función de la temperatura (a presión constante).
• Diagramas de tres o más componentes: Representan sistemas más complejos.

4. Mineralogénesis

La Mineralogénesis es una rama importante de la Mineralogía, estrechamente relacionada con la Geología (Cristalografía, Petrología y Geología Económica). Estudia los procesos geológicos que intervienen en la formación de los minerales, las condiciones físico-químicas de los ambientes mineralogenéticos y los mecanismos de formación.

Introducción a la Mineralogénesis

Un depósito o yacimiento mineral es un cuerpo geológico formado en condiciones específicas, con un contenido significativo de uno o varios minerales diseminados en una roca o formando masas. Los depósitos minerales se explotan mediante técnicas mineras si albergan minerales de interés económico.

Fuentes de Energía

Procesos Geológicos Externos

Meteorización, erosión, transporte, sedimentación. Causados por la interacción de la atmósfera, la hidrosfera y la biosfera con la geosfera, bajo la acción de la energía solar y gravitatoria.

Procesos Geológicos Internos

Estructura interna de la Tierra: corteza, manto, núcleo (núcleo interno sólido, núcleo externo líquido). Causados por el calor y la actividad interna de la Tierra, explicados en el marco de la Tectónica de placas: deformación tectónica, magmatismo, metamorfismo, hidrotermalismo.

Rocas

Las rocas construyen el paisaje geológico y se agrupan en tres categorías: magmáticas, sedimentarias y metamórficas. La corteza terrestre continental está constituida por un 56% de rocas magmáticas, un 30% de metamórficas y un 14% de sedimentarias. Estas últimas son mayoritarias en la superficie, cubriendo el 75% del planeta.

Clasificación de las Rocas

Cada categoría de rocas tiene su propia clasificación, utilizando criterios similares: condiciones de formación, composición química y mineralógica, y características geométricas (textura y estructura).

Rocas Magmáticas

Se clasifican según su profundidad de emplazamiento (plutónicas y volcánicas), contenido en SiO2, Fe, Mg y álcalis (ácidas, básicas, ultrabásicas, alcalinas), y minerales félsicos y máficos (felsicas, máficas, ultramáficas).

Rocas Metamórficas

Se clasifican según su composición mineralógica (dependiente de la presión y temperatura) y textura (pizarras, esquistos, gneises, migmatitas).

Rocas Sedimentarias

Se caracterizan por su estructura bandeada o estratificada, con texturas y estructuras que identifican el medio de depósito. Se clasifican en detríticas (arcillas, areniscas, conglomerados), de precipitación química y evaporación (rocas carbonatadas, silíceas, evaporitas) y organógenas (carbón, diatomitas).

5. Ambiente Magmático

Generación y Tipos de Magmas

El magma es un fundido compuesto por una fase líquida silicatada, una fase sólida (cristales y fragmentos de rocas) y una fase gaseosa (H₂O, CO₂, NH₃, Cl, F, B, etc.). Se origina cuando en la corteza o manto superior se alcanza la temperatura de fusión de los minerales, la cual depende del tipo de roca, presión y presencia de agua. El incremento de presión aumenta la temperatura de fusión, mientras que la presencia de agua la disminuye. El origen del magma se relaciona con la dinámica terrestre: en márgenes divergentes (dorsales) se forma por descompresión, en márgenes convergentes (zonas de subducción) por fusión parcial, y el magmatismo de intraplaca se debe a puntos calientes.

Tipos de Rocas Ígneas

• Volcánicas (extrusivas): Se forman en la superficie por enfriamiento brusco. Pueden ser lávicas o piroclásticas.
• Subvolcánicas: Se generan en niveles superficiales de la corteza.
• Plutónicas (intrusivas): Se forman por enfriamiento lento en niveles profundos.

Diferenciación Magmática

Cualquier proceso que cambia la composición del magma, produciendo variedad de rocas ígneas. Los procesos incluyen cristalización fraccionada, inmiscibilidad de líquidos, fraccionamiento de vapor, asimilación magmática y mezcla de magmas.

Cristalización Fraccionada

Es el proceso más común, donde se separa una fase sólida (mineral) por enfriamiento del magma. El fundido cambia de composición siguiendo la línea liquidus descendente hacia el punto invariante.

Fases o Etapas Magmáticas

1. Fase ortomagmática: Superior a 700°C, cristalizan silicatos ferromagnesianos, plagioclasas cálcicas, óxidos y sulfuros metálicos.
2. Fase pegmatítica-neumatolítica: Entre 700°C y 400°C, el fundido residual rico en volátiles cristaliza en filones y bolsadas de pegmatitas, formando silicatos ricos en sílice, grupos hidroxilo y elementos como boro, fósforo, flúor y berilio.
3. Fase hidrotermal: Inferior a 400°C, cristalización a partir de soluciones hidrotermales ricas en metales (Cu, Pb, Zn, Au), formando minerales como cuarzo, calcita, pirita, calcopirita, esfalerita y galena, con morfologías filonianas.

6. Ambiente Metamórfico

Metamorfismo: Transformación mineralógica y estructural de rocas en respuesta a condiciones físico-químicas distintas a las de su formación.

Tipos de Metamorfismo

• Según el contexto geológico: Regional y de contacto.
• Según el factor físico dominante: Térmico, dinámico y dinámico-térmico.

Factores Físicos del Metamorfismo

• Temperatura: La mayoría de las transformaciones se efectúan por cambios de temperatura (200°C – 900-1000°C).
• Presión litostática: Presión de los materiales suprayacentes, dependiente de la profundidad y densidad (P = ρ * g * h).
• Presión dirigida: En cinturones orogénicos, favorece sobrepresiones tectónicas.

Reacciones Metamórficas

• Sólido-sólido: Sin liberación de volátiles, curvas de reacción rectilíneas.
• Deshidratación: Liberación de H₂O.
• Descarbonatación: Liberación de CO₂.
• Deshidratación-descarbonatación: Liberación de una fase fluida (H₂O + CO₂).

7. Ambiente Sedimentario

Procesos Sedimentarios

Contribuyen a la formación de un sedimento (sedimentogénesis): erosión, transporte, sedimentación, diagénesis y litificación.

Medios Sedimentarios

Lugar con características físicas, químicas y biológicas específicas donde se realizan los procesos sedimentarios: continentales (terrestres y acuáticos), de transición (playas, deltas) y marinos (plataforma, talud, llanura abisal).

Tipos de Minerales Sedimentarios

• Resistatos: Resistentes a la meteorización.
• Hidrolisatos: Se forman por alteración de aluminosilicatos (minerales de la arcilla).
• Oxidatos: Oxi-hidróxidos de Fe y Mn que precipitan al oxidarse.
• Carbonatos: Se forman a partir de soluciones acuosas saturadas en CO₃²⁻ y cationes como Ca²⁺ y Mg²⁺.
• Evaporatos: Precipitación química por evaporación de soluciones hipersalinas.

Diagénesis y Procesos Diagenéticos

Diagénesis: Cambios físicos, químicos y biológicos en un sedimento post-depósito y pre-metamorfismo. Los procesos diagenéticos (compactación, cementación, disolución) producen cambios composicionales y texturales.

8. Ambiente Supergénico

Caracterizado por temperaturas y presiones ambientales, con disponibilidad de agua y gases atmosféricos. Se forman minerales del suelo y otras formaciones superficiales.

Meteorización

Proceso que experimentan las rocas en contacto con la atmósfera, hidrosfera y biosfera. Se divide en física (termoclastismo, haloclastismo), química (formación de nuevas fases) y biológica (fracturación, ácidos orgánicos, quelación).

9. Mineralogía Determinativa

Estudia los métodos para determinar la estructura, composición y propiedades de los minerales para su identificación. El reconocimiento macroscópico (de visu) se basa en propiedades físicas diagnósticas.

Propiedades Físicas de los Minerales

1. Hábito y agregados minerales (maclas)
2. Exfoliación, partición y fractura
3. Dureza
4. Tenacidad
5. Densidad o peso específico
6. Color (color de raya, brillo, transparencia)
7. Luminiscencia
8. Propiedades eléctricas
9. Propiedades magnéticas
10. Propiedades térmicas
11. Propiedades sensitivas (gusto, olfato, tacto)
12. Propiedades de absorción
13. Propiedades superficiales (hidrofílicas, hidrofóbicas, lipofílicas)

La exfoliación es la tendencia de los cristales a dividirse en planos cristalográficos definidos, debido a la distribución regular de átomos e iones.

Sulfuro: Compuesto de azufre con un metal (pirita, blenda).
Sulfato: Sal del ácido sulfúrico (baritina, yeso).

10. Mineralogía Sistemática

Trata la clasificación y descripción de los minerales según su composición, estructura, propiedades, origen, yacimientos, usos y aplicaciones.

Definición de Mineral

Elemento o compuesto químico, normalmente cristalino, formado por un proceso geológico.

Clasificación de los Minerales (Strunz)

1. Elementos
2. Sulfuros y sulfosales
3. Halogenuros
4. Óxidos e hidróxidos
5. Carbonatos y nitratos
6. Boratos
7. Sulfatos (+ cromatos, molibdatos y wolframatos)
8. Fosfatos (+ arseniatos y vanadatos)
9. Silicatos
10. Compuestos orgánicos

Se clasifican por el anión principal (clases), subdividiéndose en subclases, grupos, series y especies, con posibles variedades.

Clasificación por Enlace

1. Metales y aleaciones intermetálicas
2. Carburos, siliciuros, nitruros y fosfuros metálicos
3. Semimetales y no metales
4. Carburos y nitruros no metálicos (enlace metálico)