Mineralogénesis

La mineralogénesis es el proceso de formación de los minerales. En este proceso influyen la temperatura, la presión, la composición química, el pH, las condiciones de óxido-reducción, la fugacidad de oxígeno y azufre, el dióxido de carbono, la velocidad del fluido y la actividad orgánica.

Procesos de Formación de Minerales

Los minerales se forman a partir de diversos procesos:

• Procesos Magmáticos: Consolidación del magma (solidificación), en el interior de la corteza o en la superficie.
• Procesos Sedimentarios: Se forman en la superficie o cercanos a ella. Pueden ser de tres tipos:
  1. Minerales Heredados: Son aquellos que resisten la meteorización química y son producto de la meteorización física de rocas preexistentes. Ej. Cuarzo, Feldespatos.
  2. Minerales de Alteración: Son producto de la alteración química de rocas preexistentes. Ej. Limonita, minerales de arcilla.
  3. Minerales de Neoformación: Precipitan en las cuencas de depositación. Ej. Calcita, haluros (precipitación química).
• Procesos Metamórficos: Se forman en un ambiente metamórfico, entre el ambiente ígneo y el sedimentario.
  • Temperatura: entre 150°C y 600°C
  • Presión: > 1 Kbar
  Se forman a partir de minerales preexistentes por intercambios iónicos al estado sólido.
• Alteración Hidrotermal: Se forman en el interior de la corteza terrestre a partir de aguas hidrotermales (aguas calientes que circulan en el interior de la corteza), que pueden producir cambios químicos en minerales preexistentes. Estas aguas pueden ser de cualquier origen: magmático, metamórfico o aguas atrapadas en los sedimentos.

Factores Físico-Químicos en la Cristalización

Las condiciones de pH y óxido-reducción del ambiente son los principales factores que permiten la cristalización de minerales en determinadas cuencas.

Minerales de Arcilla

Grupo complejo de silicatos hidratados, de amorfos a microcristalinos, fundamentalmente alumínicos, formados principalmente por la alteración y meteorización de minerales silicatados primarios, como los feldespatos, piroxenos y anfíboles. Los minerales de arcilla más comunes son la caolinita, la illita y la montmorillonita (esmectita).

Propiedades de las Zeolitas en el Control de la Contaminación

Las zeolitas son silicatos hidratados de aluminio, importantes por ser los minerales de menor temperatura conocidos dentro de una cristalización magmática. Su capacidad de absorción e intercambio iónico las hace útiles para la preservación ambiental. También se utilizan en agricultura y se fabrican industrialmente.

Permeabilidad

La permeabilidad es la capacidad de los minerales en sólido de dejar pasar fluidos a través de sí. La permeabilidad de la caolinita es grande, pero la de la montmorillonita es pequeña (puede ubicar moléculas de agua, aumentando su tamaño).

Radioactividad Terrestre

La radioactividad terrestre, o radioactividad natural, es generada por la desintegración del torio y de los isótopos del uranio (U234, U235, U238) y también por la desintegración de elementos de vida corta como el radón y el radio. Los tipos de desintegración son alfa y beta. Los minerales radiactivos son los que contienen elementos químicos como el uranio y el torio.

Clasificación Estructural de los Silicatos

Según el grado de polimerización (cantidad de oxígenos que comparte el tetraedro):

• Neosilicatos: Estructura constituida por un solo tetraedro de sílice y oxígeno (SiO₄). Menor grado de polimerización, mayor temperatura de cristalización.
• Sorosilicatos: Dos tetraedros unidos por un oxígeno (Si₂O₇), con seis valencias para saturar.
• Ciclosilicatos: Tetraedros dispuestos en anillos (Si₆O₁₈), con doce valencias para saturar.
• Inosilicatos:
  • Cadenas Simples (SiO₃) con dos valencias para saturar.
  • Cadenas Dobles (Si₄O₁₁) con seis valencias para saturar.
• Filosilicatos: Tetraedros dispuestos en planos finitos (Si₂O₅), con dos valencias para saturar.
• Tectosilicatos: Todos los tetraedros saturados (SiO₂). Sin oxígenos libres. Se forman a menor temperatura.

Capacidad de Polimerización de los Silicatos

En el tetraedro aislado (SiO₄), la capacidad de polimerización indica que los aniones pueden unirse a otro grupo con la misma fuerza con la que están unidos al catión central.

Serie de Bowen

La serie de Bowen visualiza el proceso de cristalización de los silicatos dentro de una cámara magmática, desde los minerales que cristalizan a más altas temperaturas hasta los que cristalizan a temperaturas menores. Consta de dos series:

• Serie Continua: Los minerales cambian su composición a medida que la temperatura disminuye, pero la estructura atómica permanece intacta (Plagioclasas).
• Serie Discontinua: En cada etapa se forma un silicato con distinta composición y estructura. Desde el olivino hasta la biotita.

Mezclas Binarias de Origen Magmático

• Isomorfas Miscibles al Estado Sólido: Dos minerales con diferente temperatura de cristalización se mezclan formando un complejo con punto de fusión (eutáctico) menor que el de cada uno por separado. El sólido formado contiene ambos minerales en proporción, según la composición original del fundido.
• Incongruentes Inmiscibles al Estado Sólido: Los minerales no pueden cristalizar juntos.

Clasificación Estructural de los Silicatos

Fórmula General de los Silicatos

X_mY_n(Z_pO_q)W_r

• X: Cationes grandes (NC: 8-12). Ej. K⁺, Ba⁺², Rb⁺, Na⁺, Ca⁺²
• Y: Cationes medianos (NC: 6). Ej. Al⁺³, Fe^+2,+3, Mg⁺², Ti⁺⁴, Mn⁺²
• Z: Cationes pequeños (NC: 4). Ej. Si⁺⁴, Al⁺³
• O: Oxígeno
• W: Grupos aniónicos (OH)^–, Cl^–, F^–
• m, n, r: Dependen de la condición de neutralidad eléctrica.
• q: Grado de polimerización.

Esta carga eléctrica se mantiene mientras se mantenga la propia sustitución (carga permanente), en oposición a la carga variable, que depende del pH.

Localización y Modificación de Cargas Variables

En minerales de arcilla, las cargas variables se localizan en los bordes laterales de los paquetes estructurales (grupos Si-OH o Al-OH). Su carga superficial varía con el pH:

• pH muy ácido: Grupos Si-OH y Al-OH₂⁺ (carga positiva).
• pH ligeramente ácido: Grupos Si-OH y Al-OH (carga nula).
• pH muy alcalino: Grupos Si-O^– y Al-O^– (carga negativa).

En minerales amorfos, las cargas variables se distribuyen en la superficie externa y responden al pH del mismo modo.

Estructura de los Minerales de Arcilla

Las unidades básicas son tetraedros de SiO₄ o AlO₄ (láminas tetraédricas) y octaedros de Al(OH)₆, Mg(OH)₆ y Fe(OH)₆ (láminas octaédricas). La unión de estas láminas forma un paquete estructural (1:1 ó 2:1). Los paquetes apilados forman el cristal. Si los paquetes son iguales, el mineral es puro (caolinita, esmectita, etc.). Si son distintos, el mineral es interestratificado.

Minerales Indicadores de Condiciones Ambientales

La presencia de ciertos minerales puede indicar condiciones ambientales específicas. Ej. yeso (aridez), gibbsita y cuarzo (alteración prolongada), caolinita (en lugar de minerales 2:1).

Minerales Primarios y Secundarios

• Minerales Primarios: No han sufrido cambios desde su formación inicial (procesos ígneos o hidrotermales). Texturas: afanítica, fanerítica, porfídica o vítrea.
• Minerales Secundarios: Se forman a partir de los primarios por meteorización, metamorfismo o alteración hidrotermal. Texturas: relleno o reemplazo.
  • Texturas de Relleno: Se generan cerca de la superficie. Las soluciones rellenan espacios abiertos.
  • Texturas de Reemplazo: Se producen en el interior de la corteza a altas presiones. Reemplazo de un mineral por otro mediante reacción química.

Zonación Mineralógica y Secuencia Paragenética

• Paragénesis: Conjunto de minerales formados al mismo tiempo y en equilibrio.
• Secuencia Paragenética: Origen cronológico de la depositación mineral.
• Zonación Mineralógica: Distribución espacial de la depositación mineral. Un fluido mineralizador cambia su composición al migrar, depositándose en secuencia. La zonación permite identificar asociaciones mineralógicas cercanas a zonas de interés económico.

Fórmula General de los Silicatos y Elementos Químicos

X_nY_m(Z_pO_q)W_r

• X: Cationes grandes (NC: 8-12). Ej. K⁺, Ba⁺², Rb⁺, Na⁺, Ca⁺²
• Y: Cationes medianos (NC: 6). Ej. Al⁺³, Fe^+3,+2, Mg⁺², Mn⁺²
• Z: Cationes pequeños (NC: 4). Ej. Si⁺⁴, Al⁺³
• O: Oxígeno
• W: Grupos aniónicos. Ej. (OH)^–, Cl^–, F^–

El poliedro fundamental de los silicatos es SiO₄.

Diferencia entre Arcilla y Minerales de Arcilla

Arcilla: Mineral con diámetro < 2 micras, independientemente de su origen.

Minerales de Arcilla: Familia de filosilicatos laminares, cuyo tamaño puede exceder las 2 micras.

Sustitución Isomórfica

Un catión formador de red cristalina es reemplazado por otro de tamaño similar. Este proceso, lento o muy lento, puede generar cargas eléctricas, generalmente negativas (ej. Al⁺³ sustituyendo a Si⁺⁴).