UNIDAD #2 ROCAS, MINERALES Y RECURSOS VOCABULARIO Litosfera Raya Magma Precipitación Roca Brillo Vesicles? Evaporites? Mono mineral Hendidura Lava Mineral Fractura Formadores de rocas Cristal Elementos Gravedad especifica Cristalino Extrusión e intrusión? Materiales felsico Y mafico Rocas sedimentarias Compresión y cimentación Agente transportador evaporación Sedimentos orgánicos Bioclastic? Propiedades físicas y químicas Dureza Escala de dureza Moh’s Silicato Roca ígnea Solidificación Metamorfismo de contacto y termal Metamorfismo regional Orogeny? Ciclo de roca Fósil Cantera Rocas metamorficas Roca madre Combustibles de fósiles Recursos no renovables Reciclar y rehusar Erosión y desgaste Foliation? y banding? Estructura distorsionada cristalización La parte sólida de la corteza de la Tierra, la litosfera, esta compuesta de elementos naturales que han sido formados de uno o más minerales. Estos elementos se llaman rocas. Todas las rocas están compuestas de minerales. Cuando la roca tiene solamente un mineral, a esta se le llama mono mineral. Cuando la roca esta compuesta de mas de una clase de minerales, se llama multi mineral. Muchas rocas tienen una serie de minerales en común. A. Los Minerales Minerales son elementos naturales que pueden ser inorgánicos, cristalinos, materiales sólidos y tienen una composición química definida, una estructura molecular y características físicas específicas. Existen más de 2,400 minerales en la Tierra. Los mas abundantes son como 12 y constituyen mas de un 90% de la litosfera. Estos materiales que son comunes se llaman “formadores de rocas”. 1 CARACTERISTICAS DE LOS MINERALES EN LAS ROCAS Minerales pueden ser compuestos de un solo elemento o de dos o más elementos. Aunque la Tierra tienen mas de 2,400 minerales, la mayoría de la corteza de la Tierra esta compuesta de un pequeño numero de elementos (compuestos de átomos que no pueden reducirse a sustancias mas sencillas). El elemento que más abunda es el Oxigeno (O) y representa un 46.65% de la masa total de la Tierra y un 93.8% de su volumen. El segundo elemento que se encuentra con mas frecuencia es el Silicio (Si con un 27.7% de la masa terrestre y un 0.9% del volumen). Los otros elementos mas comunes son el Aluminio (Al), el Hierro (Fe), el Calcio (Ca), el Sodio (Na), el Potasio (K) y el Magnesio (Mg). PROPIEDADES FISICAS Y QUIMICAS Los minerales tienden a ser identificados a través de una serie de características físicas y químicas. Estas características o propiedades están bien definidas. Ejemplos de estas propiedades son: el color, la dureza, el brillo, la hendidura, la quebradura, la forma de cristal. También existen unas propiedades especiales que ayudan a la clasificación de los minerales, estas son: el olor, el magnetismo y las propiedades ópticas. El Color se utiliza para identificar minerales. Aunque algunos minerales tienen un color muy característico y diferente, hay muchos que tienen el mismo color. También es posible encontrar un mineral que tenga muchos colores debido a que pueden existir rastros de otros elementos. Un ejemplo que ilustra este caso es el Cuarzo, ya que este se puede encontrar de diferentes colores como blanco, rosa, verde, amarillo o morado. La Dureza es definida como la resistencia de un material a ser rayado. Si fricciona dos materiales que sean distintos, el material más duro hace una raya en el más blando. La escala de dureza de Mohs ilustra 10 materiales en orden de dureza. El valor #1 se le da al mas suave (el talco) y el #10 al mas duro (el diamante). Para determinar el valor relativo de dureza de un material desconocido se puede usar uno de los elementos incluidos en la tabla. Se rozan los dos materiales y aquel que muestre una raya es el más blando. La dureza de minerales también puede establecerse al comparar estos materiales con elementos cuya dureza sea conocida como por ejemplo las uñas, una moneda 1centavo, o un vidrio. Raya?. Es el color del polvo que se crea quebrar o rayar un material a través de su plano raya (una pieza de porcelana sin acabado con lustre) El color del material puede ser muy diferente al color de su raya.? El brillo es causado por el reflejo de la luz sobre la superficie del mineral. Un mineral puede llegar a tener un brillo metálico como el de un metal. Un material no brilloso (no metálico) puede describirse como vidrioso, encerado, grasoso, aperreado, o simplemente sin brillo. Algunos minerales tienen a quebrarse a través de una o más de una superficie o plano. En estos casos se dice que los minerales tienen Cleavage.? 2 A un mineral que no tenga cleavage? Bien definido se le dice que tiene una fractura. Minerales que muestran fracturas usualmente se quiebran de manera no uniforme creando superficies con puntas y no son lisas. La estructura atómica de la parte interna de un material crea una forma geométrica que se conoce como el cristal. Minerales que tengan un color similar pueden ser distinguidos por las diferencias en sus formas de cristal. La gravedad específica es otra de las propiedades que se usan para identificar materiales, y es definida como la proporción del peso de un mineral al peso de un volumen idéntico de agua. Un mineral que tenga una gravedad específica de 3.0 es 3 veces más pasado que un volumen similar de agua. La gravedad específica de un material es igual a su densidad porque la densidad del agua pura es 1 gr/cm3. Algunos materiales tienen propiedades especiales como la calcita. Este material presenta burbujas de dióxido de carbón cuando se le pone en contacto con una gota diluida en ácido hidroclorato. El mineral conocido como halita Tiene un sabor salado, magnetite? Es magnético y el talco se siente resbaloso al tacto. PROPIEDADES DE LOS MINERALES Los muchos minerales son considerados como elementos cristalinos?. Esto significa que los átomos que están dentro del mineral están unidos siguiendo una estructura muy patrón especial. Dos minerales pueden tener la misma composición química pero propiedades muy diferentes. Un buen ejemplo es el diamante y el grafito, estos dos están hechos de carbón. El grafito es bien blando ya que sus capas de átomos de carbón que no están fuertemente ligadas entre ellas. El diamante por su lado se forma en grandes profundidades bajo muy alta presión, haciendo que los átomos de carbón tengan una estructura compacta. Por eso el diamante es el mineral mas duro. Los minerales pueden agruparse de acuerdo a los elementos que los forman, o a los compuestos que ellos pueden crear. Por ejemplo, el grupo de oxide? esta compuesto por materiales que contienen oxigeno y otro elemento. El grupo de carbonatos esta conformado de uno o mas metales que combinan carbón con 3 átomos de oxigeno (CO3). Siendo que el oxigeno y el silicio son los materiales mas abundantes en la corteza de la tierra, no es sorprendente el que los silicatos sean minerales que contienen estos dos elementos y que a su vez sean el grupo mas grande de minerales. B. Las Rocas Las rocas son clasificadas sobre la base de su origen en 3 grupos ígnea, sedimentaria o metamórfica. La clasificación depende de su composición mineral y de su textura, la cual es determinada por las condiciones ambientales durante el proceso de formación. En general las características visuales de las rocas nos ofrecen pistas sobre el proceso y las condiciones en las que se han formado. 3 B1. Las Rocas Ígneas Las rocas ígneas son aquellas que han sido formadas de la solidificación y cristalización de roca molten?. Esto hace que este tipo de roca sea sólido, compacta y dura. Debajo de la superficie de la Tierra, el material que hace la roca molten?es llamado magma. Cuando el magma llega a la superficie cambia de nombre y se le llama lava. El enfriamiento del magma o la lava forma lo que se conoce como roca ígnea. El proceso de transformación ocurre cuando la roca liquida se empieza solidificar y volverse dura. El resultado es una piedra que contiene cristales minerales, por eso la roca ígnea tiene una textura cristalina. Existenmuchas variedades de este tipo de roca. La textura de las rocas ígneas depende de la rata de enfriamiento. Un enfriamiento lento produce cristales grandes y rocas que tienen una textura áspera (phaneritic?). El rápido enfriamiento produce cristales pequeños y rocas de textura fina (aphanitic?) Si existen burbujas de gas cuando la lava se solidifica, se crean huecos. Rocas ígneas que contienen huecos, como es el caso de la scoria? se llaman vesicular (bolsas de gas). El enfriamiento tiene una relación directa con la temperatura y la presión. Un enfriamiento rápido produce cristales pequeños o texturas que contienen muchos granos. Lo mismo ocurre con un decrecimiento en presión. Estas condiciones pueden llegar a existir en áreas cerca de la superficie de la Tierra o en sitios donde el material molden? (lava) llega a la superficie, como es en el caso de una erupción volcánica. Una erupción ocurre cuando la lava fluye y se endurece en la superficie. La roca que es formada se conoce como roca ígnea eruptiva (volvanica). Como la presión y la temperatura son mucho más elevadas en las partes profundas que en la superficie de la Tierra, el proceso de enfriamiento es mucho mas lento haciendo que se formen cristales más grandes. Cuando el magma se endurece dentro de la Tierra, es conocido como introsivo. La roca que se forma se le llama roca ígnea intrusita. La tasa relativa de enfriamiento de una roca ígnea puede ser determinada por el tamaño de los cristales. Las rocas ígneas se forman del proceso de solidificación y cristalización del magma o la lava. Para que se forme magma es necesario que minerales se derritan. Algunos minerales como el cuarzo, la moscovita mica, se derriten y se solidifican a muy bajas temperaturas. Otros minerales como la olivita y el puroxeno se derriten y solidifican a más altas temperaturas. En una masa de magma que se esta enfriando, los minerales que se derriten a altas temperaturas se cristalizan y se ‘salen’ del elemento derretido. Aquellos minerales que se derriten a bajas temperaturas son los últimos en cristalizarse, de esta manera el proceso de cristalización ayuda a la separación de minerales. Las rocas ígneas que tienen diferente composición pueden estar en el mismo cuerpo de magma. Rocas que contienen olivita usualmente no contienen Cuarzo.El diagrama Esquema para la Identificación de Rocas Ígneas muestra que la textura, color, densidad y la composición mineral son usadas para la identificación de rocas ígneas. Las rocas de color claro tienden a ser formadas de materiales felsico. Estos contienen mucho 4 aluminio. Por eso, estas rocas tienen una densidad menor que las rocas oscuras que contienen minerales mafica, que tienen alto contenido de hierro y magnesio. La excepción al proceso de identificación a través de la densidad es la roca ígnea vidriosa llamada obsidian?. Una roca obsidian? Se ve negra pero es de composición felsica La presencia de rocas ígneas es común en la superficie de la Tierra, tanto en los continentes como en el fondo del mar. Rocas de baja densidad, felsicas, rocas ígneas de granito son muy comunes en la masa terrestre. En las profundidades del mar, son mas comunes rocas de mayor densidad, maficas, conocidas como rocas ígneas balsalticas? B2. Rocas Sedimentarias El paso del tiempo y el cambios de clima crean un proceso que ayuda a que las rocas se partan produciendo sedimentos inorgánicos que son trasportados por el agua, el viento, los glaciales y a su vez son depositados en diferentes sitios de la Tierra ya sea bajo el agua o sobre la tierra. Las rocas sedimentarias tienden a contener capas pegadas de granos redondos porque el agua ha sido el agente transportador del sedimento. Muchas de las rocas sedimentarías se forman debajo del agua en diferentes maneras. COMPRESION YCEMENTACION Algunas rocas sedimentarias se forman cuando la presión del agua y otros sedimentos que se encuentran cerca comprime unas pequeñas partículas (cal y colloides?) que se han depositado fuera de su agente transportador (deposición). La presión solamente podría ser suficiente para crear una roca de estos sedimentos finos. Un ejemplo de un tipo de roca creada de sedimento comprimido (restringido) es shale?. Aunque el proceso de cementacion (unir partículas y fragmentos de rocas) puede ocurrir en su creación. Se ha confirmado que algunos shales? Son capas hechas de cemento natural. Algunos sedimentos son combinados con cementos naturales que se precipitan del agua (se separan de la solución) y el resultado es cementacion. Algunos de los cementos naturales son el Hierro, el Silicio y la cal. Usualmente la cementacion ocurre en presencia de sedimentos grandes como la arena, pequeñas piedras y rocas. Piedra arena? es un una roca sedimentaria que tiene partículas de tamaño uniforme. La mayoría de los conglomerates? Se forman cuando pequeñas piedras no son seleccionadas y cementadas. Frecuentemente, el color de una roca se determina por el tipo de agente de cementacion. PROCESO QUIMICO Algunas rocas sedimentarías se forman como resultado de procesos químicos.La evaporización y la precipitación de un mineral que se ha disuelto en agua y que se esta evaporando. 5 PROCESOS BIOLOGICOS Algunas rocas sedimentarias son formadas a través de procesos biológicos. Sedimentos orgánicos incluyen restos de diferentes organismos como pueden ser plantas o animales. Carbón se forma de restos de plantas que han sido depositados en agua, luego se descomponen y son comprimidos. Algunos animales acuáticos, como el coral, usan minerales para formar sus conchas. Cuando un animal muere, los minerales (frecuentemente calcio y sales marinas) son comprimidos formando una clase de rocas sedimentarias (piedra de cal). Restos de animales y fósiles se encuentran de manera exclusiva en las rocas sedimentarias. Las rocas sedimentarias están clasificadas dependiendo de su formación en 3 grupos: fragmentales (clasticas), químicas, y orgánicas. Las rocas fragméntales sedimentarias están compuestas de varios sedimentos que han sido compactados y cementados. Esta clase de roca sedimentaria es clasificada sobre la base del tamaño del grano. La Tablas de Referencia, muestran que si el rango del tamaño de las partículas es de 0.006 a 0.2 cm, las piedras son llamadas piedras de arena? Existe una relación entre el tamaño de las partículas en las rocas sedimentarias y el agente que las transporta y las deposita. El agente transportador más importante es el agua ya que esta los deposita en capas horizontales. Estas capas son importantes para poder identificar las características de muchas de las rocas sediméntales. Un rango de partículas de diferente tamaño, que a menudo se parecen a un riachuelo o un deposito delta, tiende a tener las partículas más densas en el fondo y las más pequeñas y menos densas a medida que se acerca a la superficie de la roca. El tipo de partícula más común da información sobre el espécimen, tamaño y densidad de sedimento. Rocas sedimentarias formadas por reacciones químicas y orgánicas son identificadas por su composición y textura. Las rocas sedimentarias químicas tienden a ser compuestas por un solo mineral como la roca sal que esta hecha del mineral halite?. Estas rocas tienen una textura cristalina. Aunque la roca cal es la mas común, 90% de estas rocas son formadas de manera orgánica. Están hechas de conchas que han sido unidas, fragmentos de conchas y esqueletos. Rocas como estas se llaman bioclastic. Fósiles que se encuentran en rocas sedimentarias proveen evidencia del ambiente en el cual se formaron las rocas. Rocas sedimentarias que contienen fósiles de pescados fueron formadas en un ambiente marino, mientras que las rocas que muestran plantas y tierra no fueron formada en este ambiente. B3. Rocas Metamórficas Rocas Metamórficas son ígneas, sedimentarias y también metamórficas que han cambiado de forma usualmente en las profundidades de la Tierra. La gran presión, altas 6 temperaturas, y soluciones químicas que existen en lo profundo de la corteza hacen cambios en las rocas existentes, formando las rocas metamórficas. Metamorfismo es el resultado de re-cristalización. Cristales que no se habían derretido bajo condiciones de alta presión y temperatura crecen cristales y nuevos minerales se forman sin necesidad de derretirse (una reacción en estado sólido). La roca de la cual se forman las piedras metamórficas se conoce como la piedra madre. Esta roca puede ser ígnea, sedimentaria o metamórfica. Los cambios climáticos y la erosión en la superficie de la Tierra ayudan a que las rocas metamórficas sean expuestas. Rocas metamórficas son usualmente más densas y duras que las rocas de las cuales se han formado. Las capas originales se doblan o se distorsionan. La roca metamórfica puede llegar a mostrar folios, que se reconoce como el alineamiento de minerales o la separación de ellos en capas platy? (flaky?) o capas livianas y oscuras. La presencia o ausencia de folio provee la base para la clasificación de las rocas metamórficas. Las rocas metamórficas que son no- foliada se clasifican por su composición. La formación de bandas de diferente materiales le da a una apariencia de ‘zebra’ a las tocas metamórficas. Líneas claras y oscuras demarcan la presencia de diferentes materiales. Entre mas intensa sean las condiciones de presión y temperatura son mas gruesas las capas de mineral que se forman. Capas gruesas indican un alto grado de metamorfismo. La aparición de una estructura deformada, tiene como apariencia unas líneas dobladas, es causada por fuerzas que la Tierra ejerce sobre las rocas. Un contacto metamórfico ocurre cuando molten? Magma o Lava entra en contacto con otras rocas y las transforma. Este proceso es llamado metamorfismo térmico porque es causado por calor. En estas rocas no existe un punto en el que se pueda identificas la parte de la roca que ha sido cambiada y la que no fue afectada. Una zona de transición puede llegar a formarse. Una roca puede ser cambiada si el material molten? pasase sobre o a través de ella. La cantidad más grande de metamorfismo es producida por el metamorfismo regional que es asociado con la alta presión que acompaña orogeny? O la creación de montanas. Diferentes tipos de rocas metamórficas pueden ser formados de la misma roca madre dependiendo de las condiciones de presión y temperatura. Por ejemplo, un pedazo de shale? (sedimentario) es transformado, este lo hace en etapas pasando por las siguientes etapas: de slate? -- phyllite? –schist? --gneiss? A medida que el proceso de cambio se va dando. 7 DISTRIBUCION Rocas sedimentarias se encuentran usualmente en capas delgadas, pero cubriendo áreas grandes. Rocas Ígneas, que están cerca de la superficie se encuentran en las zonas volcánicas y las montanas donde la intrusion (magma forzado en grietas existentes entre las capas de rocas) y extrusion ( empujadas hacia la superficie de la Tierra) han ocurrido. El pasar del tiempo y la erosión causada a través de millones de anos puede hacer que rocas ígneas intrusivas? se encuentren cerca o sobre la superficie de la Tierra. C. El Ciclo de las Rocas El ciclo de las rocas es un esquema que nos muestra la relación entre todos los tipos de rocas. Con la excepción de los meteoritos, la cantidad de materia de roca en la Tierra es constante. Las rocas cambian gradualmente en respuesta a cambios en las condiciones ambientales en las que se encuentran. La roca Ígnea es la roca más común, roca madre, que existe en la superficie de la Tierra. A medida que las rocas son descompuestas por cambios de clima y erosión, estas crean sedimentos. Estos sedimentos son depositados, cementados y forman las rocas sedimentarias. Si estas rocas son expuestas a presión y temperaturas extremas, ellas pueden cambiar a rocas metafóricas. Estas rocas a su vez pueden ser expuestas a otras fuerzas y fenómenos terrestres, que las podrían derretir convirtiéndolas en magma y eventualmente se enfriarían creando nuevas rocas Ígneas. De esta manera el ciclo de formación de rocas se completa. Cualquier tipo de roca, ya sea ígnea, sedimentaria o metamórfica, puede ser transformada a otro tipo de roca dependiendo de las condiciones ambientales a la que sea expuesta. Las transformaciones de una roca no se pueden predecir. EVIDENCIA DEL CICLO DE LAS ROCAS LA composición de algunas rocas sedimentarias sugiere que sus componentes (sedimentos o pedazos de rocas) pueden tener distintos origines. Tal como se cubrió en una de las secciones ya discutidas, las rocas sedimentarias pueden crearse de la combinación de sedimentos y de restos orgánicos que hayan sido transportados grandes distancias y que hayan sido depositados en un mismo lugar. Una vez allá, las fuerzas del medio ambiente cambian estos sedimentos y los convierten en rocas compactas o sedimentadas. La conversión de algunas rocas sugiere que los materiales han pasado por una serie de transformaciones como parte del proceso de ciclo de las rocas. El Modelo del Ciclo de las Rocas (Tablas de referencia de Ciencias de la Tierra) muestra como un tipo de roca se puede transformar en otro. Por ejemplo, empezando con las rocas Ígneas y siguiendo el ciclo en dirección contraria a las manecillas del reloj, las rocas ígneas pueden sufrir de erosión – depositadas –enterradas – cementas en roca sedimentaria. La roca puede ser 8 transformada por calor y presión creando una roca metamórfica, y luego puede ser derretida y solidificada como roca ígnea. Este es uno de los rumbos posibles, pero existen muchos mas en el ciclo de la roca. La roca ígnea puede ser precristalizada formando rocas metamórficas, las cuales cuando podrían sufrir de erosión, o depositadas o enterradas, cementadas en roca sedimentaria. Es posible que la roca sedimentaria se haya formado en la superficie de la Tierra pueda seguir una de los ‘caminos’ ilustrados en el modelo y podría eventualmente ser parte de una roca extraída molten? Y finalmente transformarse en una roca ígnea extraída. D. Ambiente para la formación y el uso de rocas La composición, estructura y textura de las rocas depende del ambiente en el cual se han formado. Así como las condiciones bajo las cuales se forman las rocas determinan sus propiedades, son las propiedades las que ayudan a determinar su uso. Por ejemplo, las rocas ígneas de granito pueden ser pulidas dando un bien brillo, por eso estas rocas son usadas en la construcción de monumentos y en las partes ornamentales de los edificios. Grabbo?, que también es una roca ígnea, tiene la estructura cristalina de los materiales mafico . Esta estructura interna es muy dura. Esta roca es partida en pedazos pequeños y es usada en la construcción y reparación de carreteras. La roca sedimentaria de arena es usada en la construcción de edificios ya que su composición hace que se le pueda extraer fácilmente en pedazos grandes y uniformes. Muchos de los edificios que existen en New York, conocidos como Brownstones, están construidos con una piedra arenosa Triassic? de color rojo y café. La roca slate? metamorfica foliated? Es utilizada en la construcción de techos y pisos ya que esta roca es fácilmente cortada en pedazos uniformes. El mármol, que es una roca metamórfica non foliated? Es un material industrial muy importante. Mármol se encuentra en de muchos colores y se emplea en estatuas y muchos elementos ornamentales o de arquitectura. E. Conservación de Recursos Con el crecimiento de la población, la demanda por energía y materiales a esta creciendo rápidamente. Hoy en día la fuente principal de energía son los combustibles derivados de fósiles. Estos combustibles no son recuperables y no son reemplazables. Ejemplos de estos son el carbón, el petróleo, el gas natural. Estos combustibles se formaron hace mucho tiempo de la descomposición de materiales orgánicos. Se dice que no son recuperables ya que estos están siendo consumidos a una velocidad y en cantidades mas grandes que las que pueden o están siendo producidos. Algunos de estos materiales como el petróleo no solo se consume como fuente de energía sino que también está siendo utilizado para crear productos como plásticos, medicinas, cosméticos, telas y muchos otros productos. Una gran parte de nuestra economía global depende de estos recursos naturales. El uso indiscriminado y la creciente demanda por estos minerales hacen que los 9 precios de artículos suban, se reduzca el nivel de vida de la gente y en varias ocasiones ha creado situaciones que han resultado en guerras. De la misma manera que los fósiles no son reemplazables, la mayoría de los minerales tampoco. Por eso es muy importante que no-solo se busquen nuevas fuentes para crear energía (solar, hidroeléctrica, viento, olas, GEO termal y energía nuclear) sino que también se practiquen el re-uso, reciclaje, reducción y el reclamo. Estos principios son conocidos como las 4 “R”. El ser humano, y cada uno de nosotros debe encontrar maneras para reducir nuestras necesidades, rehusar los materiales que tenemos en mano (menos empaques y menos productos desechables), utilizar materiales que puedan ser reciclados y de reclamar materiales que aun puedan ser usados. 10