Mineralogía: yeso, carbonatos, bauxita, óxidos y estructura tipo provskita

Minerales evaporíticos: yeso y anhidrita

a) Yeso: exfoliación. Las capas de SO₄^2- paralelas a (010) se conectan entre sí a través de enlaces de van der Waals con la capa de agua. La debilidad de este enlace explica la exfoliación perfecta según (010).

b) En ambientes evaporíticos, tanto el yeso como la anhidrita pueden tener origen secundario. En la mayoría de los casos, el yeso se forma entonces a partir de anhidrita, por hidratación de esta fase (yesificación). Esta transformación lleva asociado un gran incremento de volumen, que puede reflejarse en la formación de fracturas en el mineral primario, que se rellenan con yeso. De la misma forma, la anhidrita se forma a partir de yeso. Como esta transformación lleva asociada una gran pérdida de volumen molar, se genera porosidad, la cual suele aparecer rellena de halita, que cristaliza al final de la secuencia evaporítica.

c) En medios naturales la anhidrita puede formarse a temperaturas más bajas, dentro del campo de estabilidad del yeso, cuando precipita a partir de disoluciones acuosas con muy alta salinidad. Estas son las condiciones que se pueden encontrar, por ejemplo, en las sabkhas actuales. La forma en que cambia la solubilidad del yeso y la anhidrita como función de la salinidad a distintas temperaturas puede explicar la formación primaria de anhidrita en sabkhas.

Estructura de los carbonatos

a) Factor que condiciona el tipo de estructura es el tamaño del catión que se encuentre en el seno del grupo CO₃^2-.

• Carbonatos con cationes con radios menores que el Ca²⁺ (1 Å) tendrán estructuras tipo calcita (trigonales).
• Carbonatos con cationes con radios mayores que el Ca²⁺ (1 Å) tendrán estructuras tipo aragonito (rómbico).

b) Aragonito

Alternancia de capas de cationes Ca²⁺ y capas de grupos CO₃^2-, dispuestas perpendicularmente al eje c. Los cationes se distribuyen dentro de las capas catiónicas de acuerdo a un patrón aproximadamente hexagonal. Estas capas se apilan de acuerdo a una secuencia ABABAB. Por lo que, atendiendo a los cationes, la estructura puede describirse como un empaquetado hexagonal compacto. Esta organización contrasta con la que se observa en la calcita (secuencia ABCABC...). Las capas de grupos CO₃^2- se intercalan entre las catiónicas. En ellas, los grupos CO₃^2- aparecen ligeramente inclinados con respecto al plano (001) y a dos alturas dentro de cada capa. En cada uno de los dos planos que se pueden definir en una capa de grupos CO₃^2-, estos apuntan en direcciones opuestas, relacionándose a través de un giro de 30º. Esta disposición genera un espacio mayor entre los grupos triangulares, lo que permite la entrada de cationes más grandes que el Ca, con número de coordinación 9.

Yeso: estructura, propiedades, variedades y yacimientos

Estructura: monoclínico, C2/c. Estructura en capas. Grupos (SO₄)^2- enlazados con Ca. Ca: coordinación 8 (6 O de grupos SO₄ y 2 de moléculas de agua). Enlace débil según (010). Exfoliación perfecta a lo largo de estos planos.

Propiedades:

• Morfologías (+ o -) sencillas: tabular, desarrollo de pinacoide (010); maclas frecuentes (ley de macla (100)), cola de golondrina; y ley de macla (101) con caras curvas.
• Dureza baja.
• Brillo vítreo.
• Incoloro si está puro, coloreado por impurezas.

Variedades:

• Yeso fibroso.
• Selenita, rosa del desierto, alabastro.

Yacimientos:

• El yeso es el más común de los sulfatos. Se forma en cuencas evaporíticas. Son de los primeros en depositarse.
• Los yacimientos más importantes de España están en el Tortoniense en la zona intermedia de la cuenca miocena.
• Hidrotermal de baja temperatura.
• Evaporítico: cuencas marinas restringidas (solubilidad del yeso > calcita; o solubilidad de yeso y anhidrita muy similares).

El yeso puede perder agua, pero no lo hace de golpe (...)

Carbonatos simples

Serie de la calcita (CaCO₃)

Calcita: trigonal. Estructura derivada de la halita: sustituyendo Cl^- por grupos CO₃^2- y Na⁺ por Ca²⁺, y comprimiendo la estructura a lo largo de [111] hasta que el ángulo entre las aristas pasa a 101º55'. La simetría de los grupos CO₃^2- determina una simetría romboédrica para la estructura. Cada catión Ca²⁺ está coordinado con 6 O, y cada O con 2 cationes Ca²⁺ y 1 C⁴⁺.

Serie de la dolomita

Carbonatos dobles (CaMg(CO₃)₂): trigonales. Los carbonatos de esta serie tienen unas características muy similares a las de la serie de la calcita, aunque química y estructuralmente son algo más complejos, ya que en sus composiciones entran dos cationes diferentes. Estructura similar a la de la calcita. Como consecuencia de que Ca y Mg se sitúan en capas catiónicas alternas, la estructura de la dolomita es más simétrica que la de la calcita. Estructura ordenada, radicalmente distinta de una solución sólida calcita-magnesita (Ca,Mg)CO₃.

Dolomitización: reemplazo de calcita/aragonito por dolomita.

Bauxita

Son yacimientos residuales producidos por meteorización de rocas ricas en Al₂O₃, mediante disolución y eliminación del resto de elementos (K₂O, Na₂O, CaO, MgO, SiO₂): feldespato (pérdida de Si) → caolinita (pérdida de Si) → gibbsita. Son rojizas por presencia de óxidos de Fe, presentes en todos los continentes, salvo en la Antártida. Los yacimientos de bauxitas son explotables si Al₂O₃ > 35%.

Para que se formen bauxitas es necesario:

1. La existencia previa de una litología con minerales ricos en aluminio.
2. La presencia de un clima tropical durante miles o millones de años, para meteorizar los minerales.
3. La existencia de un sistema de drenaje muy bien desarrollado para evacuar (lixiviar) los elementos alcalinos y alcalinotérreos.
4. Un relieve suave que impida los procesos de erosión y favorezca la meteorización química.
5. Una estabilidad tectónica durante periodos geológicos.

Óxidos: magnetita y cromita

Magnetita

Principal mena de hierro y uno de los óxidos más extendidos.

1. Accesorio en rocas ígneas.
2. Intramagmático: magmático tardío. Ej. Bushveld (ricas en V³⁺).
3. Skarn: minas de Cala (Huelva).
4. Metamórficos: BIF. Son los más importantes a nivel mundial (80% de la producción mundial). Bandas de óxidos, carbonatos y silicatos de Fe precámbricos (oxígeno oxidó el Fe disuelto en los océanos dando lugar a goethita-hematites). Su recristalización metamórfica daría lugar a estas formaciones. Los más importantes están en la zona de los Grandes Lagos en EEUU, Canadá y Australia. En Europa no existen.

Cromita (AB₂O₄)

Exclusiva de yacimientos intramagmáticos, asociada a magmatismo básico. Cristaliza en las primeras etapas de la cristalización magmática junto con olivino y piroxenos (acumulación gravitatoria de cromita en el magma). Por tanto, la cromita es un constituyente común de las peridotitas, así como de las rocas ultrabásicas. Ejemplo de mayor importancia a nivel mundial: Bushveld (Sudáfrica).

Espinela (AB₂O₄)

Estructura: puede describirse como una red cúbica de oxígeno con los cationes A ocupando 1/8 de los huecos tetraédricos y los cationes B ½ de los huecos octaédricos. La celda resultante tiene unas dimensiones de 2 x 2 x 2 veces la de una celda cúbica básica. La fórmula de una celda es, por tanto: A₈B₁₆O₃₂. Existen 2 tipos estructurales, con distinta distribución de cationes:

• Espinela normal: A: metal divalente → posiciones tetraédricas. B: metal trivalente → posiciones octaédricas. Fórmula de tipo A^IVB₂^VIO₄: A₈^IVB₁₆^VIO₃₂.
• Espinela inversa: A y ½ B: metal divalente y ½ del metal trivalente → posiciones octaédricas. ½ B: ½ del metal trivalente en posiciones tetraédricas. Fórmula de tipo B^IV(BA)^VIO₄: B₈^IV(A₈B₈)^VIO₃₂.

Series:

• Serie de las espinelas s.s. (B = Al). Estructura normal. MgAl₂O₄ → [Mg²⁺]^IV[Al³⁺]₂^VIO₄.
• Serie de la cromita (B = Cr). Estructura normal. FeCr₂O₄ → [Fe²⁺]^IV[Cr³⁺]₂^VIO₄.
• Serie de la magnetita (A = Fe²⁺, B = Fe³⁺). Estructura inversa. Fe₃O₄ → [Fe³⁺]^IV[Fe²⁺Fe³⁺]^VIO₄.

Discontinuidades del manto y transiciones de fase

Geofísicamente, en el manto hay 2 discontinuidades claras (410 y 660 km) donde cambia la velocidad de las ondas sísmicas por cambio de densidad de los materiales. Lo que sucede entre 410 y 660 km se denomina zona de transición, y separa el manto superior del inferior.

Composición del manto superior: más del 50% de olivino (Mg,Fe)₂SiO₄. A 410 km se alcanza una presión de 13-14 GPa y una temperatura de 1.600 ºC, y la estructura del olivino pasa a una estructura tipo espinela:

(Mg,Fe)^VI₂Si^IVO₄ → (Mg,Fe)^VI₂Si^IVO₄ (wadsleyita, β-espinela).

El resultado es una estructura un 5% más densa, que refleja la velocidad de las ondas sísmicas. A 520 km cambia a otra estructura tipo espinela más densa:

(Mg,Fe)₂SiO₄ (wadsleyita, β-espinela) → (Mg,Fe)₂SiO₄ (ringwoodita, γ-espinela).

A 660 km casi todos los minerales del manto se transforman en una estructura tipo perovskita:

(Mg,Fe)₂SiO₄ → (Mg,Fe)SiO₃ (perovskita) + (Mg,Fe)O (magnesiowüstita).

La coordinación del Mg, Fe con 12 O y el Si en NC = 6 da lugar a una estructura de gran compacidad, muy densa.

Perovskita

Estructura tipo ideal, cúbica, con octaedros BO₆ compartiendo aristas. El catión A (Ca²⁺) se sitúa en el centro del cubo y tiene coordinación 12 con el oxígeno. La estructura cúbica ideal es difícil de alcanzar, ya que la relación entre las longitudes de los enlaces A-O : B-O = √2. Si esta condición no se cumple, se produce distorsión en la estructura.

Distorsiones: pueden ocurrir de dos modos, modificando el octaedro:

1. Se modifica la forma del octaedro (el catión se desplaza del centro). Esto ocurre cuando el catión A es demasiado pequeño para una coordinación 12 (CaTiO₃).
2. Los octaedros se giran levemente unos con respecto a otros. Ocurre cuando el catión B es demasiado pequeño para una coordinación octaédrica (BaTiO₃).

Efecto T: en ambos casos la simetría se reduce de cúbica a ortorrómbica (b) o tetragonal (c), y a altas temperaturas las estructuras son de mayor flexibilidad y pueden permanecer cúbicas.

Interés técnico: existen compuestos de gran importancia como los superconductores, materiales capaces de permitir el paso de la corriente eléctrica presentando escasa resistencia (tienen estructuras tipo perovskita). Ejemplo: YBCO (YBa₂Cu₃O₇).