2. 2
GEOLOGIA
INDICE TEMÁTICO
GENERALIDADES
1 LA GEOLOGIA…………………………………………………………………………………………………………10
1.1 Introducción
1.2 Disciplinas de la geología
2 LA FORMA DEL PLANETA TIERRA………………………………………………………………………………..11
3 MÉTODOS DE OBSERVACION INDIRECTA………………………………………………………………………12
3.1 El estudio de las ondas sísmicas
3.2 La actividad eruptiva de los volcanes
3.3 El método gravimétrico
3.4 La actividad magnética de la tierra
3.5 Los estudios astrofísicos
3.6 El gradiente geotérmico
3.7 La teoría de la isostasia
4 LA ESTRUCTURA DE LA TIERRA………………………………………………………………………………...15
4.1 La corteza
4.1.1 La corteza continental
4.1.2 La corteza oceánica
4.2 El manto
El manto residual, astenosfera, pirosfera
4.3 El núcleo
4.3.1 Introducción
4.3.2 Origen del campo magnético
4.3.3 División del núcleo
5 COORDENADAS GEOGRAFICAS………………………………………………………………………………..20
5.1 Latitud y longitud
5.2 Paralelos y meridianos
6 LAS ESTACIONES CLIMÁTICAS…………………………………………………………………………………21
6.1 Las estaciones
6.2 La inclinación del eje terrestre
El plano de la elíptica y el plano ecuatorial
6.3 Los equinoccios
6.4 Los solsticios
7 LOS MOVIMIENTOS DE LA TIERRA…………………………………………………………………………….24
7.1 El movimiento de traslación
7.2 El movimiento de rotación
7.3 El movimiento de precesión
7.4 El movimiento de nutación
MINERALOGIA
8 INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………………………………………….26
9 LOS MINERALES……………………………………………………………………………………………………26
9.1 Introducción
10 CLASIFICACION DE LOS MINERALES………………………………………………………………………..27
10.1 Elementos nativos
10.1.1 Metales
10.1.2 Semimetales
10.1.3 No metales
3. 3
10.2 Compuestos químicos
10.2.1 Óxidos
10.2.2 Hidróxidos
10.2.3 Sulfuros
10.2.4 Haluros
10.2.5 Carbonatos
10.2.6 Silicatos
10.2.7 Fosfatos
10.2.8 Sulfatos
10.3 Breve introducción a la Gemología
10.3.1 Las gemas y la ciencia gemológica
10.3.2 Clasificación de las gemas
Piedras preciosas
Piedras ornamentales
10.3.3 Talla de gemas
El proceso de lapidación
Los dos tipos básicos de tallas
10.3.4 Origen de los materiales gemológicos
Gemas de origen volcánico
Gemas de origen sedimentario
Gemas de origen metamórfico
10.3.5 Inclusiones en las gemas
Introducción
Tipos de inclusiones
Efectos ópticos de algunas gemas
10.3.6 Gemas sintéticas, artificiales y de imitación
11 PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS MINERALES………………………………………………………………53
11.1 La densidad y el peso específico
11.2 El punto de fusión
11.3 Propiedades eléctricas
11.4 Propiedades magnéticas
11.5 Propiedades térmicas
11.6 Propiedades mecánicas
11.7 Propiedades ópticas
12 PROPIEDADES QUÍMICAS DE LAS SUSTANCIAS MINERALES…………………………………………59
12.1 Alotropía
12.2 Polimorfismo
12.3 Isomorfismo
CRISTALOGRAFIA
13 INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………………………………….60
14 LA MATERIA CRISTALINA………………………………………………………………………………………60
14.1 Introducción: la estructura cristalina
14.2 Anisotropía
15 LA MATERIA AMORFA…………………………………………………………………………..………………61
15.1 Introducción
15.2 Isotropía
15.3 Punto de fusión
16 REDES Y SISTEMAS CRISTALINOS…………………………………………………………………………..62
16.1 Introducción: plano reticular y redes espaciales
17 ELEMENTOS DE SIMETRIA……………………………………………………………………………….……63
-Centro de simetría
-Ejes de simetría
-Plano de simetría
18 EL PROCESO DE CRISTALIZACIÓN MINERAL……………………………………………-………………63
4. 4
19 MACLAS Y AGREGADOS CRISTALINOS………………………………………………………………………64
20 ALTERACIONES CRISTALINAS………………………………………………………………………………….65
PETROGRAFIA
21 INTRODUCCION……………………………………………………………………………………………………65
22 LAS ROCAS…………………………………………………………………………………………………………66
22.1 Introducción
22.2 Clasificación de las rocas
22.2.1 Rocas endógenas (ígneas y metamórficas)
22.2.2 Rocas exógenas o sedimentarias
23 LAS ROCAS IGNEAS………………………………………………………………………………………………67
23.1 Introducción
23.2 División de las rocas ígneas
23.2.1 Rocas plutonianas o intrusivas
23.2.2 Rocas filonianas
23.2.3 Rocas volcánicas o extrusivas
24 LAS ROCAS METAMORFICAS………………………………………………………………….………………70
24.1 Introducción
24.2 Principales agentes del metamorfismo
24.2.1 La presión
24.2.2 La temperatura
24.3 Clases de metamorfismo
24.3.1 Metamorfismo dinámico
24.3.2 Metamorfismo de contacto
24.3.3 Metamorfismo regional
25 LAS ROCAS SEDIMENTARIAS………………………………………………………………….………………72
25.1 Introducción
25.2 Proceso de formación de las rocas sedimentarias
25.2.1 Erosión
25.2.2 Transporte
25.2.3 Sedimentación
25.2.4 Litificación
25.3 Clases de rocas sedimentarias
25.3.1 Rocas detríticas (de origen físico)
25.3.2 Rocas químicas
25.3.3 Rocas bioquímicas
25.3.4 Rocas orgánicas
-El carbón-El petróleo
TECTÓNICA
26 INTRODUCCION…………………………………………………………………………………………………….81
27 LAS FUERZAS QUE ACTUAN SOBRE LAS ROCAS………………………………………………………….81
Fuerzas de compresión y fuerzas de tensión o tracción
28 TIPOS DE DEFORMACIONES ROCOSAS………………………………………………………………………82
Deformación elástica, plástica y clástica
29 ESTRUCTURAS QUE PRESENTAN LOS ESTRATOS.………………………………………………………..82
29.1 Pliegues
29.2 Fracturas
29.2.1 Diaclasas
29.2.2 Fallas
TEORIAS GEOLOGICAS
5. 5
30 INTRODUCCION……………………………………………………………………………………………….….86
31 TEORIA DE LA TECTÓNICA DE PLACAS…………………………………………………………………….87
31.1 Introducción: teoría global de la dinámica terrestre
31.2 Los bordes de las placas litosféricas
31.2.1 Bordes divergentes
31.2.2 Bordes convergentes
31.2.3 Bordes pasivos
32 TEORIA DE LA DERIVA CONTINENTAL……………………………………………………………………….91
32.1 Introducción: expansión de los continentes a partir del Pangea
32.1.1 Pruebas topográficas
32.1.2 Pruebas geológicas
32.1.3 Pruebas paleontológicas
33 TEORIA DE LA EXPANSION DE LOS FONDOS MARINOS………………………………………………….93
34 TEORIA DEL GEOSINCLINAL……………………………………………………………………………………93
SISMOLOGÍA
35 INTRODUCCION……………………………………………………………………………………………………94
36 LOS TERREMOTOS……………………………………………………………………………………………….94
37 LOCALIZACION DE LOS TERREMOTOS………………………………………………………………………95
El foco sísmico (hipocentro) y el epicentro
38 CLASIFICACION DE LOS SEISMOS……………………………………………………………………………95
Seísmos superficiales, intermedios y profundos
39 LAS ONDAS SÍSMICAS……………………………………………………………………………………………96
39.1 Ondas longitudinales (primarias)
39.2 Ondas transversales (segundarias)
39.3 Ondas superficiales
40 ESCALAS DE INTENSIDAD Y ESCALAS DE MAGNITUD.…………………………………………………..97
41 SISMÓGRAFOS Y SISMOGRAMAS……………………………………………………………………………..97
42 LA PREDICCIÓN DE SEISMOS…………………………………………………………………………………...98
VULCANOLOGÍA
43 INTRODUCCION……………………………………………………………………………………………………..98
44 LOS VOLCANES…………………………………………………………………………………………………….99
44.1 Estructura típica de los volcanes
44.2 Relieves volcánicos
45 PRODUCTOS DE LA EMISIÓN VOLCANICA…………………………………………………………………..101
45.1 Gases volcánicos
45.2 Lavas
45.3 Clastos o piroclastos
46 CLASIFICACION DE LOS VOLCANES………………………………………………………………………….102
46.1 Vulcanismo suave: Tipo hawaiano
46.2 Vulcanismo de actividad intermedia: Tipo stromboliano
46.3 Vulcanismo violento y explosivo
Tipo vulcaniano, vesubiano, peleano
47 FUMAROLAS Y FUENTES TERMALES…………………………………………………………………………103
6. 6
LA HIDROSFERA I
48 INTRODUCCION………………………………………………………………………………………………….…104
49 EL CICLO DEL AGUA………………………………………………………………………………………………105
49.1 Evaporación
49.2 Precipitación
49.3 Escorrentía o infiltración
LA HIDROSFERA II (LAS AGUAS MARITIMAS)
50 LOS OCEANOS……………………………………………………………………………………………………..106
50.1 Introducción
50.2 Océano Pacifico
50.3 Océano Atlántico
50.4 Océano Índico
50.5 Océano Glaciar Ártico
50.6 Océano Glaciar Antártico
51 LOS ARES…………………………………………………………………………………………………………...109
Mares litorales, continentales, interiores
52 PROPIEDADES DE LAS AGUAS MARÍTIMAS…………………………………………………………………109
52.1 La salinidad
52.2 La temperatura y densidad
52.3 La presión
52.4 La intensidad luminosa
53 LA DINÁMICA MARINA Y EL MODELADO DEL RELIEVE……………………………………………………111
53.1 Introducción
53.2 Las corrientes marinas
53.3 Las mareas
53.4 El oleaje
LA HIDROSFERA III (LAS AGUAS CONTINENTALES)
54 INTRODUCCION……………………………………………………………………………………………………115
55 LOS RIOS (EL MEDIO FLUVIAL)…………………………………………………………………………………115
55.1 Introducción
55.2 Las partes de un río
55.2.1 Curso alto
55.2.2 Curso medio
55.2.3 Curso bajo
55.3 El caudal de un rio
-Caudal absoluto
-Caudal relativo
55.4 El perfil de equilibrio de un rio
56 LOS LAGOS…………………………………………………………………………………………………………119
Lagos tectónicos
-Lagos de barrera
-Lagos glaciares
-Lagos cráteres
-Lagos endorreicos
57 LOS GLACIARES……………………………………………………………………………………………………120
57.1 Introducción
57.2 El límite de las nieves
57.3 Proceso de formación del hielo glaciar
7. 7
57.4 Tipos de glaciares
-Alpino
-De circo
-Alaskiano
-Continental
-Escandinavo
-Marino
57.5 Extinción de los glaciares
57.6 Las glaciaciones globales de la Era Precámbrica
57.6.1 La teoría de la “Bola de nieve”
57.6.2 La vida bacteriana en el Criogénico
57.6.3 La detención del proceso de enfriamiento global
57.6.4 Explosión de vida en el Cámbrico
57.6.5 La evolución del nivel unicelular al nivel pluricelular
58 LAS AGUAS SUBTERRÁNEAS…………………………………………………………………………………127
58.1 Los acuíferos subterráneos
Acuíferos libres o no confinados
Acuíferos cautivos o confinados
Acuíferos fósiles
LA ATMOSFERA TERRESTRE
59 INTRODUCCION……………………………………………………………………………………………………129
60 EL ORIGEN DE LA ATMÓSFERA………………………………………………………………………………..129
60.1 Etapa prebiótica
60.2 Etapa biótica
61 ZONAS DE LA ATMÓSFERA……………………………………………………………………………………..130
61.1 Troposfera
61.2 Estratosfera
61.3 Mesosfera
61.4 Termosfera
61.5 Exosfera
METEOROLOGÍA Y CLIMATOLOGÍA
62 INTRODUCCON……………………………………………………………………………………………………132
63 EL CLIMA……………………………………………………………………………………………………………133
64 LOS FACTORES CLIMÁTICOS…………………………………………………………………………………..133
64.1 La temperatura ambiental
64.1.1 Circunstancias que modifican la temperatura
64.2 La presión atmosférica
64.3 Los vientos y la circulación atmosférica
64.3.1 Tipos de vientos
64.4 La humedad del aire
64.5 Los meteoros acuosos
64.5.1 Nubes
64.5.2 Nieblas
64.5.3 Precipitaciones
65 LAS ZONAS CLIMÁTICAS……………………………………………………………………………………….142
65.1 Zona climática intertropical
65.2 Zona climática templada
65.3 Zona climática polar
8. 8
PALEONTOLOGÍA
66 INTRODUCCION…………………………………………………………………………………………………146
67 LOS FOSILES………………………………………………………………………………………………….…146
67.1 Tafonomía
67.1.1 Putrefacción o descomposición
67.1.2 Fosilización
LAS ERAS GEOLOGICAS
68 INTRODUCCION…………………………………………………………………………………………………..149
69 DIVISION DE LAS ERAS GEOLOGICAS………………………………………………………………………149
69.1 La Era Arcaica o Precámbrica
69.1.1 Formación y consolidación del planeta
69.1.2 Fase prebiótica
69.1.3 Etapa biótica
69.2 La Era Primaria o Paleozoica
69.2.1 Cámbrico
69.2.2 Ordovícico
69.2.3 Silúrico
69.2.4 Devónico
69.2.5 Carbonífero
69.2.6 Pérmico
69.3 La Era Secundaria o Mesozoica
69.3.1 Triásico
69.3.2 Jurásico
69.3.3 Cretácico
69.4 La Era Terciaria o Cenozoica
69.4.1 Características generales
69.5 La Era Cuaternaria o Neozoica
69.5.1 Características generales
ASTRONOMIA
70 INTRODUCCION…………………………………………………………………………………………………160
71 LAS GALAXIAS……………………………………………………………………………………………….…161
71.1 Tipos de galaxias
71.1.1 Elípticas
71.1.2 Espirales
71.1.3 Irregulares
71.2 Evolución de las galaxias
71.3 La Vía Láctea
71.4 La ley de Hubble-Humason
71.5 El efecto Dopler
72 LAS ESTRELLAS……………………………………………………………………………………………….165
72.1 Introducción
72.2 Los cuásares
72.3 Características y clasificación de las estrellas
72.3.1 El brillo
72.3.2 La distancia
72.3.3 La temperatura superficial
72.4 Diámetros estelares
72.5 Formación y desarrollo de una estrella
72.6 Ciclo final de las estrellas ligeras
72.7 Ciclo final de las estrellas de gran masa
9. 9
73 EL UNIVERSO…………………………………………………………………………………………………….171
73.1 La teoría del Big-Bang (Universo en expansión)
73.1.1 Universo abierto o infinito
73.1.2 Universo cerrado o finito
73.2 La teoría del Universo Estacionario
74 EL SISTEMA SOLAR…………………………………………………………………………………………….173
74.1 Introducción
74.2 El sol
74.3 La estructura solar
74.3.1 Núcleo
74.3.2 Zona radiactiva
74.3.3 Zona convectiva
74.3.4 Fotosfera
74.3.5 Atmósfera solar
75 LOS PLANETAS………………………………………………………………………………………………….177
75.1 Introducción
75.2 Planetas interiores
75.2.1 Mercurio
75.2.2 Venus
75.2.3 La tierra (ver en Geología: Generalidades)
75.2.4 Marte
75.3 Planetas exteriores
75.3.1 Saturno
75.3.2 Júpiter
75.3.3 Urano
75.3.4 Neptuno
75.3.5 Plutón
75.4 Relación de Titius-Bode
75.5 Las tres leyes de Kepler (leyes planetarias)
75.6 Perturbaciones orbitales planetarias
76 OTROS CUERPOS CELESTES………………………………………………………………………………..185
76.1 Asteroides
76.2 Meteoritos
76.3 Cometas
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
10. 10
GEOLOGIA
1 LA GEOLOGIA
1.1 Introducción
La geología es la ciencia que tiene por objeto el estudio de la
TIERRA, su composición, su estructura, su origen y evolución. La
Geología ha experimentado un avance espectacular a raíz de 1960 con
la TEORIA DE LA TECTONICA DE PLACAS, que por fin suministraba
un marco de referencia global de todos los fenómenos geológicos
conocidos hasta entonces. En su dia originó una gran revolución,
comparable a la TEORIA DARWINIANA de la selección natural o a la
TEORIA DE LA RELATIVIDAD de Einstein.
1.2 Disciplinas de la Geología
-MINERALOGIA y CRISTALOGRAFIA: La primera estudia la
composición, la forma, la estructura y las características de la materia
mineral en general; la segunda se ocupa de las propiedades
geométricas de la materia mineral cuando presenta específicamente
una estructura cristalina.
-PETROLOGIA: Disciplina que se ocupa del estudio de las rocas
(de las que se componen los minerales), de su origen, formación y
composición. Las rocas exógenas se producen en la superficie terrestre
(SEDIMENTARIAS) y las rocas endógenas se generan en el interior
(MAGMATICAS y METAMORFICAS).
-PALEONTOLOGIA: Se ocupa de los fósiles y los vestigios de
seres que vivieron en épocas geológicas pretéritas. Normalmente estos
restos se encuentran fosilizados en los estratos de la corteza terrestre.
Admite subdivisiones como la paleobotánica (restos vegetales),
paleozoología (restos animales), micropaleontología (microorganismos
fósiles), etc. El hombre, como ser diferenciado dentro de la
paleozoología, dio origen a una especialidad independiente, la
paleozoología humana.
-GEOFISICA y GEOQUIMICA: Se dedican al estudio de la
naturaleza de los fenómenos que se producen en el globo terráqueo,
desde el punto de vista de la física y de la química respectivamente. La
11. 11
Geofísica cuenta, entre otras herramientas de investigación, con el
geomagnetismo, el estudio de las ondas sísmicas, la gravimetría, etc.
-GEOPLANETOLOGIA: Nueva disciplina que tiene por objeto el
estudio comparado de los diferentes planetas del Sistema Solar.
-GEOMORFOLOGIA: Ciencia que estudia las formas del relieve
terrestre y los factores que lo determinan: el clima, el régimen fluvial, la
estructura geológica del terreno, la naturaleza de las rocas, etc.
-SISMOLOGIA Y VULCANOLOGIA: Disciplinas dedicadas
respectivamente al estudio de los terremotos (seísmos) y los volcanes.
-GEODINAMICA: En general, engloba todos los procesos físicos
y las transformaciones a las que se encuentra sometida la corteza
terrestre, así como las fuerzas que los producen. La GEODINAMICA
INTERNA comprendería los fenómenos y los cambios que tienen lugar
en el interior de la corteza terrestre (Orogénesis, Vulcanismo,
Sismología, Tectónica), mientras que la GEODINAMICA EXTERNA
englobaría todos los fenómenos que se producen en el relieve
(Hidrología, Climatología, Oceanografía, Glaciología, Geomorfología,
Edafología, Meteorología, Sedimentología, Estratigrafía). Puede decirse
que mientras que los agentes de la geodinámica interna van creando
nuevas formas de relieve, los agentes de la geodinámica externa lo van
erosionando y modificando. La mayoría de los fenómenos internos
puede explicarse por la Tectónica Global (Tectónica de Placas).
2 LA FORMA DEL PLANETA TIERRA
Todas las culturas anteriores a la griega admitieron sin discusión
que la tierra era plana. El primero en proponer que nuestro planeta
tenía forma esférica fue Filolao de Tarento (siglo V aC).
Más tarde (siglo III aC), Erastótenes de Cirene (geógrafo,
matemático, historiador y conservador de la Biblioteca de Alejandría)
hizo los primeros cálculos sobre la longitud de la circunferencia
terrestre (46.000 km), cifra muy aproximada a los 40.000 km. reales
que se estiman actualmente.
Sin embargo no fue hasta el siglo XVIII cuando se pudo confirmar
científicamente la esfericidad de la tierra (mérito que hubo de atribuirse
12. 12
a la Real Academia de Ciencias de Paris), cuya forma es similar a la de
un globo ligeramente comprimido por los polos y ensanchado en la
zona ecuatorial.
Esta forma que ha adquirido la tierra es una consecuencia de la
velocidad de rotación alrededor de su eje. Esa gran velocidad (1.700
km/hora) determina la aparición en las zonas ecuatoriales de una
intensa fuerza centrífuga que tiende a alejar la materia del centro de la
tierra. De ahí ese ligero ensanchamiento ecuatorial.
En 1924 la “Unión Geodésica y Geofísica Internacional”
determinó las medidas exactas de este modelo de elipsoide que es la
tierra: radio ecuatorial 6.378 km. y radio polar 6.356, es decir 22 km.
menos.
3 METODOS DE OBSERVACION INDIRECTA
La imposibilidad de acceder directamente a las zonas más
profundas de la tierra (*), ha obligado a los científicos a desarrollar una
serie de técnicas y métodos basados en la observación indirecta, que
han servido para determinar la estructura, composición y densidad
de sus materiales.
(*) Los sondeos directos más profundos que ha realizado el hombre se llevaron a
cabo en la Península de Kola (Unión Soviética) durante los años 1986-1987, donde se
logró perforar hasta los 12 km.
3.1 El estudio de las ondas sísmicas
De todos los métodos utilizados para entender la estructura de la
tierra, el que ha ofrecido mejores resultados es el estudio de las
ONDAS SÍSMICAS, es decir de las ondas que producen los terremotos,
que se propagan por el interior de la tierra a diferentes velocidades y
direcciones, según sea la composición química y la estructura química
de las rocas que atraviesan.
En consecuencia por el comportamiento de las ondas sísmicas
sabemos que el interior de la tierra no es homogéneo o uniforme. La
tierra quedaría así dividida en tres partes fundamentales que adoptan la
forma de tres grandes esferas concéntricas (CORTEZA, MANTO y
NUCLEO), separadas por unas áreas denominadas zonas de
13. 13
discontinuidad, precisamente que son las zonas donde cambia la
trayectoria de las ondas.
Las ondas sísmicas varían continuamente tanto en su “dirección”
como en su “velocidad de propagación”, en función de la “densidad” de
las masas rocosas que atraviesan; así es posible distinguir las zonas
que se encuentran en estado de fusión (menos densas y ligeras) de las
zonas en estado sólido (más densas y pesadas). De hecho, es en las
“discontinuidades” donde se presenta un cambio en la composición de
las rocas y, en consecuencia, donde se observa también un cambio de
velocidad y dirección en las ondas sísmicas.
3.2 La actividad eruptiva de los volcanes
Los materiales que ascienden a la superficie de la corteza desde
zonas más profundas, como consecuencia de la actividad eruptiva de
los volcanes, nos informan igualmente de la composición y estructura
interna de la tierra.
3.3 El método gravimétrico
Los distintos valores de la gravedad que se obtienen en
diferentes zonas de la superficie del planeta, solo pueden explicarse
suponiendo que los materiales situados bajo los puntos de medición
tengan distinta densidad, lo que representa, como se ha visto, un
cambio en la composición de la roca. No obstante, este método solo es
aplicable cuando afecta a las capas más superficiales (entre 5-60 km).
3.4 La actividad magnética de la tierra
Es sabido que la tierra se comporta como un gigantesco imán por
lo que se encuentra sometida continuamente a variaciones en su
campo magnético (magnetosfera)*, siendo ésta la causa del
desplazamiento de los polos magnéticos con respecto a los polos
físicos, e incluso de las inversiones de polaridad que tienen lugar a lo
largo del tiempo. Hay que suponer que es en el núcleo (constituido
sobre todo por materiales férricos muy densos) donde se originan todos
estos cambios.
(*) Los efectos del campo magnético terrestre (espacio denominado magnetosfera)
se extienden aproximadamente hasta una distancia de 5 diámetros terrestres.
14. 14
3.5 Los estudios astrofísicos
Analizando los meteoritos que han caído en la superficie de la
tierra, podemos saber cuál es su composición química. El paralelismo
que existe entre los meteoritos analizados y las rocas de nuestro
planeta, nos hace pensar en un origen común de todos los astros del
sistema solar. También nos aportan valiosos datos sobre los cuerpos
celestes, las observaciones realizadas por los vehículos espaciales.
3.6 El gradiente geotérmico
El calor en el interior de la tierra se puede determinar a través
del “gradiente geotérmico”, que es un valor que expresa la
variación de la temperatura que se produce en los materiales
terrestres cuando se avanza desde la superficie hacia el interior. El
valor que representa no es constante puesto que depende de las
características físicas que presentan dichos materiales en cada punto
que se recorre (presión, composición química, densidad, radiactividad,
etc), pero se estima que en los niveles superficiales por cada 100
metros que se desciende aumenta la temperatura unos 3ºC, o lo que
es igual 30ºC/km. Hasta ciertas zonas esta relación se mantiene
constante, pero después va descendiendo de forma mucho más lenta y
suave. De lo contrario tendríamos que en el núcleo de la tierra se
podrían alcanzar temperaturas cercanas a los 200.000ºC (cuando
realmente no se superan los 6.000ºC).
Dos son las hipótesis que intentan explicar el origen del calor
interno de la tierra.
-Una de ellas considera que se trata de un calor residual
(calor primordial) del primitivo estado incandescente por el que
pasó el planeta en sus primeras etapas de formación.
-La otra sostiene que este calor interno procede de la energía
liberada de forma espontánea en la desintegración de los
elementos radiactivos (uranio, potasio, torio, etc…), especialmente
abundantes en la corteza terrestre (rocas graníticas), mientras que son
escasos en la corteza oceánica (rocas basálticas).
Numerosos geofísicos consideran que dicho calor interno sería
producto de la combinación de ambas causas.
15. 15
3.7 La teoría de la isostasia.
La isostasia es un mecanismo natural de ajuste o
compensación que permite explicar los movimientos en vertical
que se producen en la corteza terrestre. Se basa en la diferencias de
densidad de cada material y tiene su fundamento en el Principio de
Arquímedes.
La corteza terrestre (litosfera) es sólida, pero ligera y poco
densa, y se encuentra flotando sobre una capa subyacente de material
pastoso más denso (astenosfera), como un bloque de hielo o un
iceberg flotaría sobre el agua.
De acuerdo con ello, cuando una zona de la tierra (cadena
montañosa) va perdiendo material por efecto de la erosión, su base
presenta una tendencia ascendente (al ir disminuyendo su densidad)
mientras que, por el contrario, las zonas laterales de sedimentación
tienden al hundimiento (por su mayor densidad).
4 LA ESTRUCTURA DE LA TIERRA
4.1 La corteza
La corteza es la capa más superficial de la tierra que se
encuentra en contacto con la atmósfera (troposfera), constituyendo
solamente el 1,6 % de su volumen total. En ella se encuentran todas las
formas visibles del relieve terrestre. La corteza se encuentra separada
del manto por la “discontinuidad de Mohorovicic“ (*).
Se suele denominar LITOSFERA (“litos“ = “piedra“) a la estructura
rígida formada por toda la corteza (oceánica y continental), y una
delgada capa del manto superior. A su vez, la litosfera se encuentra
fragmentada en varias placas superficiales (placas tectónicas) que se
desplazan lentamente sobre una capa de consistencia semipastosa
(astenosfera), situada en el manto superior, que tiene un grosor entre
50 y 200 km.
Tradicionalmente se pensaba que la corteza estaba compuesta
de dos capas estratificadas: la capa granítica (sial: sílice y aluminio)
que ocupaba la corteza continental, y la capa basáltica (sima: sílice y
16. 16
magnesio) que ocupaba la corteza oceánica, separadas ambas por
una franja denominada “Discontinuidad de Conrad” (*). Sin embargo,
los datos actuales nos hacen pensar que la corteza en su conjunto es
mucho más heterogénea y no se encuentra estratificada como se creía
(por lo que no tiene mucho sentido hablar de la Discontinuidad de
Conrad). Lo que parece claro es que en la corteza se distinguen varios
niveles en los que se alternan o entremezclan diversos tipos de rocas.
4.1.1 La corteza continental
La corteza continental es un gran macizo rocoso de grosor
variable (promedio de 45 Km.) que cubre los continentes, donde es
más profunda. Está formada básicamente por un sustrato rocoso
en el que predominan las rocas ígneas o magmáticas (GRANITO).
En su superficie se encuentran varias estructuras: unas zonas
casi planas, los cratones (o escudos), que son restos de antiguas
cordilleras que fueron rebajadas por la erosión, siendo actualmente
zonas estables con escaso relieve; y otras zonas elevadas, las
cordilleras orogénicas: unas cordilleras forman relieves poco
pronunciados por ser originados durante los ciclos orogénicos más
antiguos (por tanto más expuestos a los fenómenos de erosión) como
los ciclos Huroniano, Caledoniano y Herciniano, mientras que otras
cordilleras son más sinuosas y abruptas, procedentes de ciclos más
recientes, como el ciclo Alpino (que elevaron cordilleras como los Alpes,
los Andes o el Himalaya).
4.1.2 La corteza oceánica
Se encuentra en la base de los océanos y es de menor grosor
que la corteza continental (entre 5 y 10 Km), aunque de mayor
densidad. Está formada sobre por un sustrato rocoso entre las que
predominan las rocas volcánicas (BASALTO), y sobre ellas se
asienta una capa de sedimentos (de unos 500 metros de grosor). A
través de los mapas del relieve submarino (“mapas batimétricos“), se
observa que éste es tan accidentado como el de la superficie terrestre.
La descripción de los fondos oceánicos empezó a progresar a
partir de los métodos de sondeo acústico como el sonar, basado en la
emisión de ultrasonidos. Los ultrasonidos, después de reflejarse en el
fondo del mar, son recogidos por un receptor, y en base al tiempo
17. 17
invertido en el trayecto de ida y vuelta, se puede calcular la profundidad
y en consecuencia se puede obtener un gráfico del perfil del fondo
oceánico. A partir del año 1960 la investigación directa de los fondos
marinos se ha convertido en algo corriente gracias a una flota de
sumergibles tripulados (batiscafos), capaces de soportar elevadas
presiones en profundidad. El “Trieste” un batiscafo francés llegó a
sumergirse en 1960 hasta los 11.030 metros, el punto más profundo
jamás alcanzado por el hombre (Fosa de las Marianas).
Relieve de la corteza oceánica
a) Plataforma continental: Como prolongación de las tierras del
continente existe una “zona sumergida” que se extiende por los fondos
marinos (hasta alcanzar los 100 o 200 metros de profundidad), y que se
llama plataforma continental. Esta zona alberga la mayor parte de la
zona marina, por lo que su importancia es fundamental. Cuanto más
plano sea el continente que la delimita, menos profundidad tendrá la
plataforma. La base de la plataforma se quiebra abruptamente en una
zona llamada talud, donde la profundidad pasa bruscamente de los
100-200 metros a los 2.000 metros. Aquí acaban los auténticos límites
del continente y comienzan los fondos oceánicos La “zona superficial”
que se encuentra por encima de la plataforma se denomina región
nerítica (o litoral), a continuación de la cual se extiende la región
pelágica, la más extensa.
b) Fondos oceánicos: Son vastas regiones que oscilan entre los
4.000-5000 metros de profundidad. El fondo oceánico propiamente
dicho está representado por las llanuras abisales, zonas
prácticamente planas salpicadas por un gran número de accidentes
topográficos (colinas abisales, montes submarinos, dorsales, fosas
oceánicas) (*).
(*) Colinas abisales: Relieves elevados de pocos cientos de metros.
(*) Montes submarinos: Forman relieves de mayor altura elevándose por encima
de los 1000 metros sobre las llanuras abisales. En ocasiones pueden aflorar por encima de
las aguas dando lugar a pequeñas islas de naturaleza volcánica (Madera, Canarias,
Cabo Verde o Hawai). Un tipo especial de monte submarino relativamente frecuente en el
Pacífico es el “guyot“, que adopta forma tronco-cónica con laderas empinadas y con una
cima aplanada. Si sobre un guyot se instala un arrecife se originan los “atolones“ (islotes
de arrecifes coralinos en forma de anillo, con su centro cubierto de agua).
(*) Dorsales: Cordilleras montañosas de gran desarrollo longitudinal (miles de
kilómetros) que se elevan sobre los fondos oceánicos y tienen unos 2.000-3.000 metros de
18. 18
altura promedio. Una de las dorsales más grandes es la dorsal atlántica, con su
característica forma de S, que se extiende a lo largo de 16.000 kilómetros. Si todas ellas se
encontraran alineadas, una detrás de otra, formarían una larga cordillera de 65.000
kilómetros. Normalmente suelen presentar una hendidura central escalonada por donde
sale el magma, llamada rift o graben entre 20-50 km. de anchura. Sin embargo en el
Pacífico, en vez de un rift central, las dorsales presentan un conjunto de mesetas
tectónicas también escalonadas denominadas horts. En las dorsales concurren fuerzas
tensionales o de separación, a diferencia de las cordilleras continentales que se van
originando por plegamientos debidos a fuerzas compresivas (que tienden a juntar los
materiales). Así pues a lo largo de las dorsales se van produciendo erupciones más o
menos intermitentes de magmas que se vierten en sus márgenes, lo que a su vez va
creando nueva corteza oceánica. Un ejemplo de ello lo vemos en la placa Africana y la
plana Norteamericana que se mueven en direcciones opuestas, separándose una de la
otra a lo largo de la dorsal Mesoatlántica, y creándose en consecuencia nuevo suelo
oceánico. Por otro lado, se ha comprobado que muchos materiales ferromagnéticos
(magnetita y hematites) procedentes de dichas erupciones, presentan a lo largo de cientos
de kilómetros de longitud una serie de bandas magnéticas simétricas, unas con una
polaridad similar a la de la tierra en la actualidad, y otras con polaridad invertida. Es decir,
que cuando estas rocas se formaron los minerales se magnetizaron con la misma polaridad
que tenía el campo magnético terrestre de la época (téngase en cuenta que la polaridad
magnética de la tierra se va invirtiendo cada cierto tiempo).
(*) Fosas submarinas: Son grietas o hendiduras muy profundas, que suelen
situarse cerca de los continentes. En ellas la oscuridad es total y no existe prácticamente
forma de vida alguna. Abundan en el Océano Pacífico y se forman en las zonas de
subducción, lugares de la corteza terrestre donde dos placas litosféricas convergen
(colisionan), y la de mayor densidad se introduce o se subduce por debajo de la menos
densa. Como resultado se produce una gran depresión en el suelo submarino. Suelen ser
zonas asociadas a una intensa actividad sísmica y tectónica La fosa más profunda se
encuentra en el Pacífico (fosa de las Marianas, 11.033 metros). Otras fosas profundas
son: las Kuriles, Mindanao, Aleutianas, Java, todas ellas superiores a los 7.000 metros.
4.2 El manto
Es la zona intermedia de la tierra (denominada también
mesosfera), comprendida entre la corteza y el núcleo. Representa
el 70% aproximadamente de la masa terrestre y tiene un grosor de
unos 2.900 km. Esta zona está formada por materiales rocosos
(SILICATOS) cuyo estado varía entre el sólido y líquido. El manto está
subdivido a su vez en tres subcapas:
a) Un manto residual o manto superior: Es una capa fina de
muy poco grosor, que cubre la superficie del manto.
b) La astenosfera: Forma la parte intermedia del manto y tiene
un grosor entre 100 km y 250 km. Es una zona más o menos fluida
donde encontramos materiales magmáticos formando corrientes
convectivas (magma en movimiento), sobre el cual “flotan” las placas
19. 19
litosféricas (*). Los límites entre placas son las zonas que muestran la
máxima actividad geológica a causa de la intensa fricción que
presentan entre sí. Así en las propiedades plásticas de la astenosfera
se encuentra el origen de la mayoría de los fenómenos y los cambios
estructurales que se observan en la superficie (orogenia, movimientos
sísmicos, fenómenos volcánicos, desplazamientos continentales,
plegamientos, fallas, etc)
(*) En el globo terrestre podemos observar una larga franja en forma de círculo que
se corresponde con determinados bordes de placas, en especial con la Placa del océano
Pacífico, que se denomina “Cinturón de fuego“, o “Circulo circumpacífico”, por la gran
actividad sísmica y volcánica que presenta, generalmente originada por procesos de
subducción. Afecta a las costas orientales de Asia y Oceanía, y a las costas occidentales
del continente americano (Norte de América y Sudamérica).
c) La pirosfera: Es la parte más profunda del manto. En el límite
inferior se encuentra la discontinuidad de Gutenberg (*), que separa
el manto del núcleo.
4.3 El núcleo
4.3.1 Introducción
El núcleo es la parte central y más profunda de la tierra, que
se encuentra sometida a grandes presiones (que pueden alcanzar
del orden de 3 millones de atmosferas) y elevadas temperaturas
(4.000-6.000 grados). Tiene una masa equivalente al 30% de la
masa total terrestre. El núcleo tiene un diámetro aproximado de 6.000
km. y es un conglomerado mineral compuesto por materiales
semifluidos en su parte externa y de materiales más densos a más
profundidad, mayoritariamente hierro y en menor proporción níquel,
además de silicio, carbono y azufre. Desde la superficie de la tierra
hasta el núcleo hay una distancia de unos 2.900 km.
4.3.2 Origen del campo magnético
En el núcleo se origina el campo magnético terrestre, un
fenómeno natural producido por el movimiento de convección de masas
de metales en estado líquido, siendo responsable de la imantación de
los materiales ferromagnéticos, los cuales tienden a orientarse (sobre
todo en las dorsales oceánicas) de acuerdo con el campo magnético
reinante, pudiendo variar de polaridad con el transcurso del tiempo (se
calcula que durante los últimos cinco millones de años se han
20. 20
efectuado más de 20 inversiones de polarización magnética). La tierra
se comporta pues como un gigantesco imán, creando a su alrededor
una enorme zona de influencia magnética (magnetosfera) o campo
magnético terrestre.
En la actualidad, los polos magnéticos no se corresponden
exactamente con los polos geográficos. Así, el ángulo formado por los
ejes magnético y terrestre (medido en grados) se denomina
declinación magnética.
4.3.3 División del núcleo
En el núcleo se distingue dos zonas: un núcleo interno de
consistencia sólida y un núcleo externo de consistencia semipastosa,
separados ambos por la discontinuidad de Wiechert (*).
(*) DISCONTINUIDADES O FRANJAS DIVISORIAS
-Discontinuidad de CONRAD (dentro de la corteza continental, separa la zona granítica
de la zona basáltica). Actualmente su existencia se encuentra en entredicho.
-Discontinuidad de MOHOROVICIC (separa la corteza del manto)
-Discontinuidad de GUTENBERG (separa el manto del núcleo)
-Discontinuidad de WIECHERT (separa el núcleo externo del núcleo interno).
5 COORDENADAS GEOGRÁFICAS
5.1 Latitud y longitud (*)
Las coordenadas geográficas son sistemas de referencia que
utilizan dos medidas angulares: latitud (Norte-Sur) y longitud (Este-
Oeste), para determinar la posición de un punto en la superficie
terrestre, y por extensión en cualquier cuerpo esférico o esferoide. Las
líneas de latitud se llaman paralelos, y las líneas de longitud se
denominan meridianos.
(*) La latitud se mide en grados (entre 0º y 90º) y se representa indicando el
hemisferio al que pertenece (Norte o Sur). Por ejemplo 10 grados de latitud norte se
representa (10ºN), o 30 grados de latitud sur (30ºS). La longitud se mide también en
grados (entre 0º y 180º) e indicando si corresponde al Este o al Oeste. Por ejemplo 90
grados de longitud este se indicaría como (90ºE); o también 25 grados longitud oeste
(25ºO)
21. 21
Un grado (º) equivale aproximadamente a 111 kilómetros.
5.2 Paralelos y meridianos
Los paralelos son círculos imaginarios que transcurren de forma
paralela al ecuador, y son perpendiculares al eje de rotación de la tierra.
Tienen longitud desigual, siendo el mayor de ellos el Circulo
Ecuatorial. Geográficamente se pueden definir como círculos
resultantes de la intersección de un plano paralelo al Ecuador. De los
infinitos paralelos posibles destacan cinco:
Ecuador (latitud 0º)
Trópico de Cáncer (hemisferio norte) (latitud 23º N) (*)
Trópico de Capricornio (hemisferio sur) (latitud 23º S) (*)
Círculo Polar Ártico (polo norte) (latitud 66º N)
Círculo Polar Antártico (polo sur) (latitud 66º S)
(*) Los círculos tropicales se toman como referencia para delimitar las zonas en
las que el sol se refleja de forma perpendicular en dos momentos claves del año. El 21 de
julio (solsticio de verano) el sol se refleja perpendicularmente sobre el Trópico de Cáncer
(en el hemisferio norte), mientras que el 21 de diciembre (solsticio de invierno), el sol lo
hace sobre el Trópico de Capricornio (en el hemisferio sur). La zona comprendida entre
ambos trópicos (de Cáncer y Capricornio) se denomina zona tropical o intertropical.
Los meridianos son los círculos imaginarios que pasan por los
polos, y transcurren en línea recta por la superficie de la tierra. Son
todos de igual longitud. Los meridianos nos informan de la hora solar,
según va transcurriendo el movimiento de rotación de la tierra. El
Meridiano de Greenwich (Meridiano Cero o Meridiano Base) es la
semicircunferencia imaginaria que une los polos y pasa por Greenwich
(antigua localidad del suburbio de Londres), e intersecta de forma
perpendicular con el plano ecuatorial. Se utiliza como meridiano de
origen o de referencia para medir las longitudes alrededor del globo
terrestre. Le corresponde por tanto la longitud 0º. Así las longitudes
(Este-Oeste) se tomaran desde este meridiano hasta los 180º.
6 LAS ESTACIONES CLIMATICAS
6.1 Las estaciones
Las estaciones son los periodos del año en que las condiciones
climáticas imperantes se mantienen más o menos constantes en una
determinada región de la tierra. Son fases que duran aproximadamente
22. 22
tres meses cada uno de ellas (primavera, verano, otoño e invierno),
siendo el verano la época de mayor incidencia de los rayos solares,
mientras que el invierno es la época de menor incidencia solar. Los
solsticios y equinoccios (ver) corresponden a distintas fases en el
movimiento de traslación de la tierra alrededor del sol, y señalan el
comienzo de las cuatro estaciones.
Aunque en las zonas ecuatoriales las estaciones se reducen
prácticamente a dos: una estación seca y otra estación lluviosa, en
las que suele variar la pluviometría (lluvias) pero no el régimen térmico
(temperaturas) que permanecen casi constantes.
La causa de las estaciones obedece fundamentalmente al
movimiento de traslación de la tierra y a la inclinación que
presenta el eje terrestre en su giro de rotación, por lo que los
hemisferios norte y sur son desigualmente iluminados. Por tanto la
cantidad de irradiación solar que incide sobre la superficie de la tierra,
varía de forma alternativa. Si el eje de la tierra no estuviese inclinado
respecto a la eclíptica, el sol bañaría todo el año el Ecuador, y las
temperaturas serian exactamente iguales en ambos hemisferios.
6.2 La inclinación del eje terrestre
El plano de la eclíptica se define como la superficie plana en el
espacio que van describiendo los planetas en su giro orbital alrededor
del sol, lo que sugiere que el proceso de formación del sistema solar
proviene de un gigantesco disco de materia nebulosa que se fue
concentrando, formando primero el sol y luego todos los planetas.
Dicha superficie se encuentra levemente inclinada con respecto al
plano ecuatorial de la tierra con el que forma un ángulo aproximado
de 24 grados (24º). Esta inclinación del plano ecuatorial implica que el
eje de la tierra este inclinado respecto al sol. Este fenómeno y, en
menor medida, el movimiento de traslación de la tierra, son las causas
de las diferentes estaciones del año. En definitiva, si el eje de la tierra
fuera totalmente perpendicular al plano de la eclíptica, los polos no
recibirían en ninguna época del año la luz de los rayos solares,
mientras que en la zona ecuatorial la insolación sería siempre máxima.
Podría pensarse que la causa de las estaciones es la variación de
la distancia de la tierra respecto al sol, pero esto no es así, dado que
esta variación a escala planetaria es casi imperceptible. En efecto, la
23. 23
órbita de la tierra forma una elipse con una excentricidad muy pequeña.
De tal forma que en el afelio (punto orbital de la tierra más alejado del
sol) la distancia es de 152 millones de kilómetros, mientras que en el
perihelio (punto orbital más próximo al sol) es de 147 millones de
kilómetros.
(*) Todos los planetas del sistema solar (excepto Plutón) se mantienen en su órbita
dentro del plano de la eclíptica, o en un plano muy aproximado.
6.3 Los equinoccios
Se denomina equinoccio al fenómeno astronómico que tiene
lugar dos veces al año y que señala el comienzo de la PRIMAVERA
y del OTOÑO, respectivamente: el 21 de marzo (equinoccio de
primavera) y el 23 de septiembre (equinoccio de otoño). En ambos
momentos los polos de la tierra se encuentran a la misma distancia del
sol, repartiéndose los rayos solares por igual en ambos hemisferios
terrestre (los dos hemisferios quedan iluminados por igual). Dicho de
otra forma, el plano de la eclíptica coincide exactamente con el plano
ecuatorial de la tierra, siendo los rayos del sol paralelos a dicho plano
ecuatorial.
6.4 Los solsticios
Como el anterior, este es otro fenómeno astronómico que
tiene lugar dos veces al año, señalando el comienzo del VERANO y
del INVIERNO respectivamente: el día 21 de junio la tierra se halla
en una posición orbital en la que el polo norte te encuentra ligeramente
inclinado hacia el sol. Esta situación se define como solsticio de
verano. En este caso, el Círculo Polar Antártico (Polo Norte) se
encuentra completamente iluminado mientras que en el otro hemisferio
o Círculo Polar Ártico (Polo Sur) se encuentra oscurecido.
Seis meses más tarde, el 22 de diciembre, la tierra se halla en una
situación inversa a la anterior. La inclinación del eje de la tierra sigue
siendo el mismo pero en este caso es el Polo Sur el que está inclinado
hacia el sol. Este fenómeno se conoce como solsticio de invierno,
estando iluminado el Círculo Polar Ártico (Polo Sur) y oscurecido el
Círculo Polar Antártico (Polo Norte).
24. 24
El inicio de las estaciones viene marcado tradicionalmente por los equinoccios y
los solsticios, aunque estos en realidad presentan importantes variaciones con respecto a
las condiciones climatológicas propias de cada estación:
Primavera: -comienza con el equinoccio de primavera (21 de marzo)
Verano: -comienza con el solsticio de verano (21 de junio)
Otoño: -comienza con el equinoccio de otoño (22 de septiembre)
Invierno: -comienza con el solsticio de invierno (22 de diciembre)
7 LOS MOVIMIENTOS DE LA TIERRA
Al igual que todos los demás planetas del sistema solar, la tierra
se ve afectada por dos movimientos principales (rotación y traslación)
y otros dos secundarios muy ligados entre sí (precesión y nutación).
7.1 Movimiento de traslación
El movimiento de traslación es el recorrido que lleva a cabo la
tierra alrededor del sol, describiendo una trayectoria elíptica (que
recorre unos 930 millones de kilómetros), a una distancia media del sol
de 150 millones de kilómetros, que es la distancia que tienen que
recorrer los rayos solares hasta llegar a la superficie terrestre (*). En su
movimiento de traslación la tierra se desplaza a una velocidad media
de 106.000 km/hora (a unos 30/km. por segundo).
En realidad el movimiento de traslación de la tierra equivale a
365,24 días (año solar). Esta pequeña diferencia decimal se corrige
cada cuatro años añadiendo un día más al mes de febrero (año
bisiesto) que en este caso tiene 366 días. De esta forma se hace
coincidir el año sideral (o solar) con el año oficial.
Como consecuencia del movimiento de traslación de la tierra y, en
mayor medida, de la inclinación del eje terrestre, se producen las cuatro
estaciones del año (primavera, verano, otoño e invierno).
(*) Esta distancia media entre el sol y la tierra puede variar ligeramente debido a la
excentricidad de la órbita terrestre: 147 millones de km en el afelio (menor distancia) y 152
millones de km. en el perihelio (mayor distancia).
25. 25
7.2 Movimiento de rotación
El movimiento de rotación es el que describe la tierra alrededor
de su propio eje, tardando 24 horas (día solar) cuando se toma como
referencia al sol. Si se toman como referencia las estrellas de la bóveda
celeste, el periodo de rotación dura 23 horas, 53 minutos; es el llamado
día sidéreo. La consecuencia más directa de este movimiento de
rotación es que las distintas zonas de nuestro planeta quedan
iluminadas por el sol de forma alternativa, dando lugar a los días y a las
noches. Así cuando una zona del globo está iluminada, en la parte
opuesta habrá oscuridad y será de noche.
7.3 Movimiento de precesión
La tierra es un elipsoide de revolución de forma irregular,
ligeramente aplastado por los polos y ensanchado en el cinturón
ecuatorial, como consecuencia de la permanente acción gravitatoria de
sol y la luna. Esta deformación provoca un lentísimo e imperceptible
balanceo de la tierra en su movimiento de traslación alrededor del sol,
lo que a su vez implica un movimiento de su eje de rotación.
Este movimiento especial del eje de rotación de la tierra es el
movimiento de precesión, que en su giro va describiendo una
superficie “cónica” de revolución con un gran “circulo” en su base (cuya
trayectoria se completa por la tierra en unos 25.800 años). Es un
fenómeno muy similar al que se puede observar en el movimiento
giratorio de un trompo o una “peonza”. Según va girando la peonza, su
eje va experimentando una inclinación, cada vez mayor a medida que
va perdiendo velocidad de giro.
7.4 Movimiento de nutación
La precesión va acompañada de otro movimiento muy leve: es el
movimiento de nutación, que se manifiesta a través de una oscilación
del eje terrestre a medida que se va generando el círculo originado por
el movimiento de precesión. En este caso el eje de la tierra va
describiendo oscilaciones ondulantes (que corresponderían al momento
de cabeceo de una peonza)
26. 26
MINERALOGIA
8 INTRODUCCIÓN
La MINERALOGIA es la rama de la Geología que tiene por
objeto el estudio de las propiedades físicas y químicas de los
minerales, así como su génesis, su composición, su extracción y
clasificación.
9 LOS MINERALES
9.1 Introducción
Por mineral (*) se entiende toda sustancia sólida de origen
inorgánico, que se encuentra en la corteza terrestre y que presenta una
composición química definida, además de una estructura generalmente
cristalina (disposición ordenada de sus átomos). No son estructuras
fijas ya que pueden modificarse o alterarse con el tiempo. Así en ciertos
puntos de las placas litosféricas, especialmente en las zonas de
contacto entre ellas, se pueden producir condiciones fisicoquímicas tan
extremas (presión, temperatura, etc) que algunos minerales pueden
dejar de existir y otros pueden formarse a expensas de los anteriores.
Los minerales pueden aparecer de forma aislada (mineral
nativo) o como componentes de las rocas, en este caso formando
masas irregulares dentro de las mismas (vetas o filones).
(*) Para el reconocimiento de los minerales se han ido empleando diversas
técnicas. Lo que inicialmente se limitó a un simple análisis visual, acabó con el tiempo en el
empleo de dos métodos clásicos: las reacciones por vía seca y por vía húmeda.
Después vinieron las técnicas más modernas o avanzadas.
Los estudios por vía seca (pirognósticos) analizan el mineral teniendo en cuenta su
comportamiento bajo la acción de una “llama”. Es sabido que cada elemento colorea la
llama de una forma característica. Sin embargo este método solo nos proporciona una
información aproximada e insuficiente (hoy dia el método está obsoleto). El análisis por vía
húmeda (todavía en uso) se basa en la respuesta de un mineral ante el ataque de ciertos
reactivos, teniéndose en cuenta los componentes que se liberan. Así, por ejemplo, los
“carbonatos” al ser atacados por ácido clorhídrico, desprenden CO2 en forma gaseosa.
Asimismo, los minerales de “níquel”, tratados con sustancias ácidas, tiñen la solución de
verde.
Sin embargo las modernas técnicas de análisis químico se basan en el
conocimiento de su espectro electromagnético. Sabemos que la materia mineral emite
radiaciones electromagnéticas cuando es sometida a elevadas temperaturas o a fuertes
corrientes eléctricas. Así cada elemento tiene un espectro de emisión característico, es
decir, sus líneas espectrales se caracterizan por tener siempre una determinada longitud
27. 27
de onda y una cantidad de energía constante. Esta regularidad es de gran importancia
pues nos permite identificar la composición química de cualquier mineral.
También se puede determinar la estructura interna de la materia cristalina, para lo
cual se emplean diferentes métodos: rayos X, espectroscopia, infrarrojos, etc. Con estos
métodos se consigue la reconstrucción tridimensional de un cristal, la posición de sus
átomos, el tipo de enlace, etc.
La clasificación general de los minerales atiende muchas veces a
sus “propiedades físico-as y químicas“, aunque otras clasificaciones
tienen en cuenta su “génesis” o formación (minerales sedimentarios,
metamórficos y magmáticos).
El estudio de la Mineralogía lo podemos dividir en grandes áreas:
Mineralogía General (estudia la estructura y las propiedades de
los minerales).
Mineralogénesis (estudia las condiciones de formación de los
minerales, los yacimientos y las técnicas de explotación).
Mineralogía Descriptiva (estudio sistemático de los minerales,
su descripción y clasificación).
Mineralogía Económica (desarrollo y estudio de aplicaciones de
la materia mineral y su utilidad económica e industrial).
10 CLASIFICACION DE LOS MINERALES
La clasificación actual de las especies minerales tiene en cuenta
básicamente tres elementos: la composición química, el tipo de enlace
y las características cristalinas.
Dentro de los minerales se definen dos grupos básicos:
elementos nativos (formados por un solo tipo de átomos) y
compuestos químicos (sustancias formadas por dos o más
elementos).
10.1 Los elementos nativos
Los elementos nativos se encuentran en la naturaleza en estado
puro, sin combinar. Están formados por átomos de la misma clase y se
corresponden con los “Elementos” de la química moderna en la “Tabla
28. 28
Periódica“. Pueden subdividirse a su vez en metales, semimetales y
no metales.
10.1.1 Metales
Son sólidos de estructura cristalina (a excepción del mercurio),
de alta densidad, con un brillo particular (brillo metálico) cuando son
pulidos. Presentan el característico enlace metálico y tienen una
elevada conductividad eléctrica y térmica (buenos conductores de la
electricidad y del calor). Además tienen un punto de fusión alto.
Suelen ser dúctiles (se pueden estirar fácilmente en hilos muy finos) y
maleables (moldeables en láminas). Asimismo presentan baja
electronegatividad por lo que es más fácil que cedan electrones en
sus combinaciones y más difícil que los ganen. Pueden combinarse
entre sí formando aleaciones como el “bronce” (cobre y estaño), el
“acero” (hierro, carbono, cromo, níquel), “latón” (cobre y cinc), el
“cuproníquel” (cobre y níquel).
Entre los metales más comunes podemos citar: hierro (Fe), oro
(Au), cobre (Cu), plata (Ag), platino (Pt), estaño (Sn), aluminio (Al),
plomo (Pb), níquel (Ni), cinz (Zn), titanio (Ti), mercurio (Hg), plomo
(Pb), uranio (U), etc.
Hierro: (Símbolo químico Fe). (Dureza 4 a 6). (Densidad 7,8). (Funde a los 1536 ºC).
Cristaliza en el sistema cúbico. Es un material de origen magmático. Presenta propiedades
magnéticas, siendo un metal muy abundante en la corteza terrestre y al parecer también en
el núcleo del planeta. Normalmente se encuentra asociado a otros minerales. Su color es
GRISÁCEO y de brillo mate cuando no está pulido. Es pesado, dúctil, maleable y muy tenaz.
De su aleación con el carbono se obtiene el acero, muy duro. Las menas más frecuentes del
hierro son la magnetita, la hematita y la limonita (que son óxidos), y además la siderita
(un carbonato). De ellas se puede extraer entre un 50 y un 70%. de hierro, siendo la
magnetita la que mayor cantidad aporta de este mineral.
Oro: (Símbolo químico Au). (Dureza de 2,5 a 3). (Densidad 19,3). (Punto de fusión
1.064 ºC). Cristaliza en el sistema cúbico. De color AMARILLENTO muy brillante, es un
metal muy denso y el más dúctil y maleable de todos (cuando se obtienen láminas muy finas
se denominan “panes de oro”). Además es muy buen conductor de la electricidad. Es
insoluble en la mayoría de los ácidos, pues solo le ataca el agua regia (una mezcla de ácido
nítrico y ácido clorhídrico). Normalmente se encuentra libre en la naturaleza, en forma de
pequeñas pepitas o en depósitos aluviales (en Chile se encontró una enorme pepita de oro
de 135 kg.) La República Sudafricana es el primer productor mundial de oro, siguiéndole
Rusia y Estados Unidos.
El oro es un mineral muy apreciado pero demasiado blando, por lo que se
comercializa normalmente en aleación con otros metales, para adquirir cierta dureza: oro
blanco (con níquel o paladio); oro rojizo (con cobre); oro amarillo (en la misma proporción
29. 29
de cobre y plata); oro rosa (con más cobre que plata); oro rojo (con aluminio); oro verdoso
(con plata); oro azulado (con hierro).
En joyería se usa la siguiente clasificación para medir la pureza del oro y por tanto su
valor comercial: ”Oro Puro” o de 24 quilates (entra en una proporción del 100% de oro);
”Oro Alto” o de 18 quilates (75% de oro); ”Oro Medio” o de 14 quilates (58% de oro),
”Oro Bajo” o de 10 quilates (42% de oro)…No es infrecuente que el oro se utilice como
valor especulativo, ante situaciones de inflación o de crisis económicas, dado que su valor
se mantiene siempre estable o al alza. El quilate es el parámetro con el que se designa en
joyería la pureza del oro. Así 1 quilate (1 kt) representa 1/24 parte de la masa total de la
aleación que compone el metal. Por tanto si una joya de oro tiene 24 quilates, quiere decir
que está hecha de 24/24 partes de oro, es decir, de oro puro. Una joya de 18 quilates está
hecha de una aleación de 18/24 partes de oro, por lo que tendrá un 75% de pureza, como
hemos visto. Y así sucesivamente.
Cobre: (Símbolo químico Cu). (Dureza de 2,5 a 3). (Densidad 8,9). (Punto de fusión
1.085 ºC). Cristaliza en el sistema cúbico. Una de las menas más conocidas del cobre es la
calcopirita. De color ROJIZO fue el primer metal utilizado por el hombre para fabricar
armas, herramientas y recipientes. Excelente conductor del calor y la electricidad, muy dúctil
y maleable. Empleado en la industria para construir todo tipo de cableados (eléctricos).
Normalmente se encuentra en la naturaleza en estado puro, enmascarado en su superficie
por una fina patina sulfurosa de color verdoso (cardenillo). De su aleación con el cinz se
obtiene el latón. Los principales productores de cobre son los Estados Unidos, Canadá y
Chile.
Plata: (Símbolo químico Ag). (Dureza de 2,5 a 3). (Densidad 10,5). (Punto de fusión
960 ºC). Suele cristalizar en el sistema cúbico, aunque es frecuente que aparezca en forma
de láminas, hebras o masas dendríticas irregulares. Una de sus menas es la argentita. La
plata es un metal de color BLANCO y brillante cuando está pulido, dado que se puede oxidar
fácilmente. Muy maleable, dúctil y excesivamente blando, por lo que se trabaja en aleación
con otros metales (especialmente el cobre o el níquel). Es muy apreciado en joyería y en la
acuñación de monedas. Los principales yacimientos se encuentran en Méjico, Chile y
Bolivia. En Sajonia (Alemania) se encontró en el siglo XV un enorme fragmento de plata de 4
toneladas de peso. Es frecuente que la superficie de la plata aparezca cubierta de una fina
patina oscura de sulfuro, como ocurre también con el cobre.
Platino: (Símbolo químico Pt). (Dureza 4,5). (Densidad 21,4). (Punto de fusión 1.750
ºC). Cristaliza raramente en el sistema cúbico, puesto que lo normal es que aparezca en
forma de granos o masas irregulares. De color BLANCO GRISACEO ACERADO. Es de los
metales que presentan más alta densidad y mayor punto de fusión. En la naturaleza se
encuentra asociado con frecuencia a otros metales, además de admitir varias aleaciones
(con cobre, níquel o iridio). Es inatacable por los ácidos e infundible a la llama del soplete.
Es un metal muy apreciado por sus distintas aplicaciones industriales (electrónica, química y
joyería).
Estaño: (Símbolo químico Sn). (Dureza de 2 a 2,5). (Densidad 7,3). (Punto de fusión
231 ºC). Su principal mena es la casiterita. De color BLANCO poco brillante. Material
bastante blando, muy dúctil y maleable, dado que de él se pueden obtener hilos y láminas
de grosor muy fino. No es buen conductor de la electricidad. Admite varias aleaciones, pero
la más frecuente es su aleación con el cobre, del que se obtiene el bronce, un material de
gran dureza con el que se fabrican campanas, cañones, monedas, etc. Los grandes
productores de estaño son Tailandia, Indonesia y Malasia. Por su notable resistencia a la
corrosión se usa frecuentemente como hojalata (industria conservera), que no es más que
30. 30
una lámina de acero con revestimiento de estaño. Se aplica frecuentemente en la soldadura
de metales.
Aluminio: (Símbolo químico Al). (Dureza 2,7 en la Escala de Mohs). (Densidad 2,8).
(Punto de fusión 660 ºC). La bauxita es la mena más conocida de la que se extrae el
aluminio. El aluminio es de color GRISÁCEO, muy blando en estado puro, por lo que suele
formar aleación con otros metales (magnesio, cobre, silicio, zinc…), adquiriendo mayor
dureza y resistencia a la tracción en aleación con el “zinc”. Es muy abundante en la corteza
terrestre. En estado natural tiene un color grisáceo y de aspecto brillante, muy parecido al de
la plata. Es un metal ligero y maleable, buen conductor térmico y eléctrico, además de ser
muy resistente a la corrosión.
Níquel: (Símbolo químico Ni). (Dureza 5). (Densidad 8,9). (Su punto de fusión es
de 1.455 ºC). Metal de color BLANCO PLATEADO con ligera tonalidad amarilla. Muy
resistente a la corrosión, dúctil y maleable. Parece ser el metal más abundante en el núcleo
de la tierra, después del hierro. Precisamente en aleación con el “hierro” aumenta de forma
considerable su resistencia y tenacidad. Es un mineral muy demandado industrialmente y
de muy alto precio, usado principalmente para el revestimiento de metales, en especial del
hierro y el acero. El níquel tiene su mena en la niquelita.
Cinz: (Símbolo químico Zn). (Dureza 2,5). (Densidad 7,1). (Punto de fusión 419ºC).
Color GRIS AZULADO. Estructura hexagonal. Aunque es un material blando, en frio
presenta una gran resistencia a la deformación plástica, que va disminuyendo con el calor.
Su principal mena es la galena.
Titanio: (Símbolo químico Ti). (Dureza 6). (Densidad 4,5). (Fusión 1.668 ºC).
Cristaliza en el sistema hexagonal. Tiene un color GRISÁCEO METÁLICO. Es un mineral
de baja densidad pero bastante duro que se utiliza habitualmente en la industria naval,
espacial y aeronáutica, y en multitud de artículos de joyería y decoración. La ilmenita es la
principal mena del titanio.
Mercurio: (Símbolo químico Hg). (Densidad 13,6). (Metal líquido que hierve a los
350 ºC). Es el único mineral que se presenta en la naturaleza en forma líquida. Su principal
mena es el del cinabrio. El mercurio en estado natural es brillante y de color
BLANQUECINO GRISÁCEO. Tiene la propiedad de disolver fácilmente el oro.
Plomo: (Símbolo químico Pb). (Dureza 1,5 (Densidad 11,3). Estructura cristalina
cúbica. Punto de fusión 327 ºC. Es un metal bastante pesado, muy dúctil y maleable, de
color GRIS MATE. Es relativamente resistente a la mayoría de los ácidos, aunque se
disuelve lentamente en ácido nítrico (uno de los más corrosivos). La intoxicación por plomo
se denomina “plumbosis”. Se emplea para revestir cañerías y conductos de agua, así como
en revestimiento de cableados (eléctricos, teléfono, internet…), en acabados de vidrio y
cerámica, etc.
Uranio: (Símbolo químico U). (Dureza (Densidad 19). (Punto de fusión 1132 ºC).
Metal de color BLANCO PLATEADO o GRISACEO. El uranio enriquecido es altamente
radiactivo (*). Su mena es la uranitita. Tiene tres radioisótopos: uranio 234, 235 y 238. Es la
principal fuente de fisión (o combustible) en los reactores nucleares y armas nucleares, por
su alta capacidad de producir reacciones nucleares en cadena. Las mayores reservas de
este mineral se encuentran en Kazajistán, Canadá, Australia y Rusia.
.
31. 31
(*) El enriquecimiento del uranio consiste en un proceso a través del cual el
uranio natural (en forma de isótopo 238), se transforma en el isótopo 235. El uranio de
desecho se denomina uranio empobrecido (es un subproducto del enriquecimiento).
10.1.2 Semimetales
También conocidos como metaloides. Son elementos químicos
que presentan propiedades intermedias entre los metales y los no
metales, compartiendo características de ambos.
Lo que les caracteriza básicamente es que casi todos ellos suelen
ser materiales semiconductores y presentan enlaces iónicos o
covalentes. A diferencia de los metales (que al aumentar su
temperatura disminuye su conductividad eléctrica), en los metaloides
ocurre lo contrario (al aumentar la temperatura aumenta también su
conductividad eléctrica).
Algunos semimetales: boro (B), silicio (Si), arsénico (As),
telurio (Te), astato (At), polonio (Po), antimonio (Sb), germanio
(Ge). El silicio por ejemplo, es ampliamente utilizado en la industria
electrónica, en diodos, transistores, circuitos integrados,
microprocesadores, etc.
Boro: Símbolo químico B. Presenta dos formas alotrópicas: el boro amorfo que es
un polvo marrón, y el boro metálico o cristalino que es de color NEGRO AZABACHE. En
este caso su dureza es extrema (9,5 en la Escala de Mohs), presenta una gran resistencia a
la tracción, y tiene un punto de fusión elevadísimo (2.076 ºC), aunque su densidad es baja
(2,4). Tiene muchísimas aplicaciones: industria metalúrgica (herramientas cortantes,
endurecimiento de materiales...), agricultura (herbicidas, plaguicidas...), fabricación de fibras
de vidrio, etc...
Silicio: (Símbolo químico Si). (Dureza 7). (Densidad 2,33). (Punto de fusión 1.414
ºC). Se presenta en estructuras amorfas (polvo parduzco) y cristalinas (octaedros), en este
caso de color AZULADO GRISÁCEO y brillo metálico. Es un mineral de gran dureza y
resistente a la acción corrosiva de muchos ácidos. Muy abundante en la naturaleza,
constituyendo el 28% en la corteza terrestre (constituyendo las rocas silíceas). Una forma
muy común de silicio es el mineral de cuarzo y sus variedades (pedernal, jaspe, ónice).
Además algunos silicatos (de aluminio, calcio y magnesio) son los principales componentes
de otras piedras semipreciosas (granate, topacio, turmalina). Al ser un buen material
semiconductor, su mayor aplicación se encuentra en la industria electrónica y
microelectrónica (como componentes de circuitos electrónicos).
Arsénico: (Símbolo químico As). (En forma pura su dureza es 3,5 y su densidad
5,7). (Funde a los 614 ºC). Se presenta en la naturaleza formando parte de los sulfuros y
también en forma pura o sólida (en bloques de color GRIS METALICO y estructura
romboédrica). Tanto el arsénico como muchos de sus compuestos son extremadamente
tóxicos y venenosos en cantidades superiores a los 100 miligramos.
32. 32
Telurio: (Símbolo químico Te). (Dureza 2,25). (Densidad 6,2). Funde a los 452 ºC.
Es un sólido de estructura cristalina y de color BLANCO GRISÁCEO METÁLICO muy
brillante (parecido a la plata). Soluble en ácido nítrico y agua regia. La mayor reserva de
telurio se encuentra en los montes submarinos de las Islas Canarias, y se calcula que el
yacimiento tiene un total de 2.500 toneladas, mucho más que cualquier otro hallazgo.
Astato: (Símbolo químico At). (Punto de fusión 302 ºC). Es un metal muy raro, el
más escaso en la naturaleza, que solo existe en forma radiactiva de vida muy corta, que se
produce a partir de la degradación del uranio.
(1) Polonio: (Símbolo químico Po) Altamente tóxico y radiactivo (1)
(2) Antimonio: (Símbolo químico Sb) También muy radiactivo (2)
(3) Germanio: (Símbolo químico Ge) Buen semiconductor como el silicio (3)
(1) (2) (3) Aunque el polonio, el antimonio y el germanio se reflejan en la tabla
periódica como SEMIMETALES, en determinadas condiciones se comportan también como
METALES, por tener características fisicoquímicas similares a los metales. De hecho, en
estado sólido, el antimonio es un metal.
10.1.3 No metales
Se denominan así a los elementos químicos que no son metales
ni metaloides. No tienen brillo metálico, ni reflejan la luz. Son malos
conductores de la electricidad y del calor. Por su fragilidad no son
dúctiles ni maleables. Muchos de ellos son componentes de la
materia viva (hidrógeno, carbono, nitrógeno, oxígeno, azufre,
fósforo…). Sus puntos de fusión son muy bajos, a excepción del
diamante (una forma de carbono), que funde a los 3.570 ºC. Pueden
combinarse con los metales presentando enlaces iónicos (ganando
electrones) o enlaces covalentes con otros no metales (compartiendo
electrones).
En el grupo de no metales se incluyen: los halógenos (*): flúor
(F), cloro (Cl), bromo (Br), yodo (I); los gases nobles: helio (He),
neón (Ne), argón (Ar); otros elementos: hidrógeno (H), carbono (C)
azufre (S), selenio (Se), nitrógeno (N), oxígeno (O), fósforo (P).
(*) Halógeno: término que en griego significa “formador de sales”. Las sales así
formadas reciben el nombre de “haluros” o “halogenuros”.
Son halógenos los siguientes (con 7 electrones en su última capa de valencia)
Flúor: (Símbolo químico F). Elemento gaseoso que en forma pura es altamente
tóxico y corrosivo, causando quemaduras al contacto con la piel. Es el más electronegativo y
reactivo de todos los elementos, formando con ellos una gran variedad de compuestos. Una
33. 33
de sus aplicaciones más conocidas se centra en la fabricación de pastas de dientes, para
prevenir la caries.
Cloro: (Símbolo químico Cl). En condiciones ambientales y en estado puro es un gas
tóxico de color amarillo verdoso, relativamente denso (3,2) y de olor fuerte y desagradable.
Sin embargo no es habitual encontrarlo en estado puro, pues por su electronegatividad
reacciona fácilmente con otros muchos elementos (como el “sodio”) formando normalmente
compuestos como los cloruros (en este caso cloruro sódico), muy abundante en las aguas
de mar. Tiene importantes aplicaciones industriales: tratamiento purificador del agua, agente
desinfectante y antiséptico, productos de limpieza (lejías), etc. Como nota a destacar
digamos que el cloro fue usado como arma letal en la Primera Guerra Mundial por las tropas
alemanas (batalla de Ypres, 1915). El cloro fue descubierto poco antes por un científico
alemán, Fritz Haber, quien de forma sorprendente fue laureado con el Premio Nobel por su
hallazgo. Más recientemente fue usado también como agente químico en la Guerra de Irak
(2.007) contra la población local y las fuerzas de coalición. Una concentración de cloro en el
aire de 430 ppm (430 partes por millón) puede causar graves problemas respiratorios
(bronquitis, asma, etc). Una concentración de 1000 ppm produce la muerte casi instantánea.
Bromo: (Símbolo químico Br). Pertenece al grupo de los halógenos. A temperatura
ambiente es un líquido de color rojo oscuro, volátil y relativamente denso (3,1).
Yodo: (Símbolo químico I). Es un elemento no metálico del grupo de los halógenos,
que en forma sólida tiene un color negro-grisáceo, mientras que en forma gaseosa adquiere
una tonalidad de color violeta. Se encuentra en abundancia en el agua de mar, en las algas
y otros organismos marinos. Además es un elemento absolutamente necesario para el
correcto funcionamiento de la glándula tiroides, que afecta al crecimiento y al desarrollo
corporal. En disolución con el alcohol tiene propiedades antisépticas y desinfectantes.
Son gases nobles los siguientes (con 8 electrones en su última capa de valencia):
Helio: (Símbolo químico He). (Densidad 0,1). Al tener completo el último nivel de
energía presenta las propiedades de un gas noble, como el neón y el argón. Es un gas
incoloro e inodoro, muy poco denso y poco reactivo. Se emplea habitualmente como
elemento criogénico (reductor de la temperatura), por lo que el helio es ampliamente
utilizado en tecnología de superconductores. La superconductividad es la capacidad que
tienen ciertos materiales metálicos de conducir la corriente eléctrica, sin apenas resistencia;
y sabemos que esta capacidad va aumentando gradualmente según se va reduciendo la
temperatura. En algunos materiales se han alcanzado temperaturas superconductoras de -
138ºC, aún muy lejos del “0 Absoluto” (-273 ºC), la temperatura teórica más baja conocida.
Cuando se alcanza el “0 Absoluto” el nivel de energía interna de un sistema es el más bajo
posible y sus partículas están prácticamente inactivas, han perdido toda su capacidad de
moverse.
Neón: (Símbolo químico Ne). En estado normal es un gas incoloro y ligero que
presenta una densidad muy baja (0,8). Tiene un poder de refrigeración mucho mayor que el
hidrógeno y el helio en sus formas líquidas. Se sabe que el neón se sintetiza en la
combustión que tiene lugar en las últimas fases de las estrellas masivas. Los “tubos de
neón”, de llamativos colores, se empezaron a popularizar en las grandes urbes de Estados
Unidos y Japón, donde se levantaban por doquier como un icono de prosperidad. Al aplicar
una determinada diferencia de potencial entre los electrodos de un tubo de neón, se ioniza el
gas que contiene y emite una luz coloreada, que en el caso del neón es roja. Pero pueden
usarse otros gases o productos químicos para obtener otros colores (color rosa si el gas es
el argón, amarillo si es el helio, o azul si es el xenón). Los tubos de neón empezaron a ser
34. 34
sustituidos por los tubos fluorescentes (muy similares), aunque se emplea más habitual
para iluminar los interiores de edificios.
Argón: (Símbolo químico Ar). (Densidad 1,8). Es un gas incoloro, inodoro y
químicamente inerte o poco reactivo (como todos los gases nobles), pues no reacciona con
ningún otro elemento. Se encuentra en el aire de la atmósfera en una proporción del 1%. Se
utiliza en tubos fluorescentes, en sustitución del neón cuando se desea que la iluminación
sea de color rosáceo. En el ámbito industrial y científico se utiliza para crear atmósfera
inertes (no reaccionantes) para evitar reacciones químicas indeseadas en multitud de
operaciones (en soldadura con arco y con gas, en la fabricación de semiconductores como
el silicio y germanio...). El argón se obtiene por destilación del aire licuado, eliminando
posteriormente el oxígeno y nitrógeno residual. El planeta que tiene una atmósfera más rica
en argón es Mercurio (7%)
Otros elementos (con estructuras atómicas diversas):
Hidrógeno: (Símbolo químico H). Es el elemento gaseoso más ligero de todos
(Densidad 0,08), inodoro, incoloro y muy reactivo, que se halla en todos los componentes
de la materia viva y en muchos compuestos químicos (como el agua). El hidrógeno por
tanto puede obtenerse a partir del agua por un proceso de electrólisis. Es además el
elemento más abundante en el universo (pues forma parte de todas las estrellas en su
ciclo principal). Cabe decir también que son conocidos sus efectos destructivos cuando se
utiliza como bomba termonuclear (bomba de hidrógeno). El hidrógeno puede presentarse
además en estado líquido incoloro (hidrógeno líquido), siendo usado normalmente como
combustible en la industria aeroespacial.
Carbono: (C) (*) El carbono es un mineral no metálico, componente fundamental
del grafito y del diamante. El grafito (*) tiene la misma “composición química” que el
diamante (**) (los dos son minerales que están compuestos de “carbono”), pero difieren en
la “disposición de su estructura“.
(*) Grafito: (Dureza 1 a 1,5). (Densidad 2,2). El grafito es carbono puro, de color
gris oscuro o negro y untuoso al tacto, que raramente aparece bien cristalizado. Tiene su
origen en el metamorfismo de rocas que contienen materia carbonosa. Sus átomos forman
una estructura laminar unida por débiles enlaces, de ahí su facilidad de exfoliación.
Infusible al soplete e inatacable por la mayoría de los ácidos, por lo que se emplea en la
fabricación de crisoles e instrumentos industriales. El grafito deja una marca en el papel de
color negro-grisáceo, propiedad que ha sido utilizada también para fabricar las populares
minas de lapiceros y las pizarras.
(**) Diamante: (Dureza 10). (Densidad 3,5). (punto de fusión 3.500 ºC). El diamante
en estado puro (carbono puro cristalizado) es totalmente INCOLORO, pero en ocasiones
cambia de coloración cuando tiene algún tipo de impureza en su composición, aunque por
su rígida estructura pocas veces puede contaminarse con otros elementos. No obstante en
algunas ocasiones adquiere un color amarillento o marrón cuando contiene trazas de
nitrógeno (la impureza más común), o un color azul-grisáceo cuando la inclusión es el
boro. Raramente pueden darse otras coloraciones (verde, rosado, naranja, rojo…),
denominándose en todos estos casos “diamantes fantasías”.
Su estructura cristaliza en el sistema cúbico, sumamente compacta, que se
extiende por todas direcciones y está unida por fuertes enlaces (covalentes), que le
proporcionan una dureza extraordinaria no superada por ningún otro material (10 en la
35. 35
Escala de Mohs). Además su alto índice de refracción y su gran capacidad para dispersar
la luz, confieren al diamante un extraordinario brillo y luminosidad cuando la talla es la
adecuada.
Los diamantes se originan en el manto a grandes profundidades (140-190 km) en
condiciones magmáticas a elevadísimas temperaturas y presiones. Normalmente las rocas
portadoras de los diamantes (como las kimberlitas y lamproítas) son transportadas por el
magma candente a la superficie terrestre a través de las erupciones volcánicas, donde
posteriormente sufrirán un proceso de enfriamiento (el magma no contiene diamantes, solo
es el portador de las rocas que los contiene). Los yacimientos más importantes se
encuentran en Africa (Sudáfrica, Botswana, Congo, Angola, Ghana), y en la India, Australia,
Canadá, Rusia y Brasil.
Como unidad internacional para valorar el diamante se utiliza el quilate, que
corresponde a 0,2 gramos (200 miligramos). Pero el diamante no solo se utiliza en alta
joyería por su extraordinaria belleza y sus excepcionales cualidades ópticas, sino que
también se emplea en la industria como excelente herramienta de corte y pulido, dado su
gran dureza. Lógicamente en estos menesteres son empleados los diamantes menos
caros, con más fallos o defectos, pero también los más duros (son conocidos como
diamantes “bort”). .
Para terminar esta breve reseña sobre el diamante nos referiremos a su aspecto
comercial a nivel global o internacional. De entrada digamos que la producción y la
distribución están fuertemente consolidadas y al mismo tiempo centralizadas en manos de
una minoría. Por ejemplo la Compañía De Beers (afincada en la ciudad de
Johannesburgo, Sudáfrica) tiene el monopolio de la extracción y distribución del diamante
en todo el mundo desde 1.888 (de hecho más del 40% de la extracción mundial de
diamantes en bruto procede de las minas de esta Compañía y sus subsidiarias). Y en
cuanto a los centros más importantes donde tiene lugar el corte y la talla, podemos citar:
Amberes, Londres, Nueva York, Tel Aviv o Ámsterdam. Una vez los diamantes han sido
tallados y pulidos (preparados como gemas) son vendidos en centros conocidos como
“Bolsas de diamantes” donde concurre todo tipo de compradores, tanto mayoristas como
minoristas.
Por otra parte, las irregularidades en el comercio del diamante y sobre todo su
origen o procedencia, han sido motivos frecuentes de polémica y controversia, razón por la
cual se creó en el año 2.000 el World Diamond Council (Consejo Mundial del Diamante),
para controlar y evitar el comercio ilegal de esta preciada gema y el tráfico para
subvencionar guerras, revueltas políticas o actos de lesa humanidad, etc. Es sabido que en
algunos países de Africa, políticamente más inestables, los grupos paramilitares han
tomado el control de muchas minas, usando los ingresos procedentes de la venta de
diamantes para financiar sus operaciones (los tristemente conocidos como “diamantes de
sangre”). Además grandes corporaciones de comercio e incluso gobiernos corruptos siguen
alimentando estos conflictos, haciendo negocios con estos grupos armados a los que usan
como proveedores.
Entre los diamantes más famosos del mundo se cuentan:
Cullinan o Estrella del sur (3.106 quilates en bruto: 621 gramos)): Se trata del
diamante en bruto de mayor tamaño encontrado hasta la actualidad. Procedía de una mina
de Pretoria (Sudáfrica), propiedad del magnate Sir Thomas Cullinan. Su valor era
incalculable, hasta tal punto que tuvo que ser tallado en 115 piezas. La mayor de ellas (500
36. 36
quilates) se incrustó en el cetro del rey Eduardo VIII de Inglaterra y se conserva entre las
demás joyas de la Corona Inglesa, en la Torre de Londres.
El Gran Mogol (787 quilates en bruto): Diamante legendario encontrado en la india
en el siglo XVII. Después de ser fraccionado, una de sus grandes piezas fue propiedad del
Sha de Persia. Hoy pertenece a la Corona Inglesa.
Kohinor (793 quilates en bruto): Fue tallado en varias piezas. La mayor de ellas (de
talla oval y 109 quilates) fue también propiedad del Sha de Persia. En la actualidad se
encuentra también entre las joyas de la Corona Inglesa.
Excelsior (995 quilates en bruto): diamante que medía en bruto casi 8 centímetros
de largo. Fue tallado en 21 piezas (en forma de brillante).
Regente (410 quilates en bruto): Una de las tallas (de 136 quilates) fue propiedad
del Duque de Orleans y se conserva en el Museo del Louvre de Paris.
Azufre: (Símbolo químico S). (Dureza 1,5 a 2). (Densidad 2,05). (Su punto de
fusión es de 115 ºC). De color amarillento fuerte o con tonos anaranjados. A temperatura
ambiente el azufre cristaliza en el sistema rómbico, pero si se calienta presenta una
estructura amorfa. Es un mineral muy abundante en la naturaleza, que aparece nativo o
formando parte de varios compuestos (sulfuros y sulfatos), siendo habitual en los
sedimentos de las emisiones volcánicas. Es muy frágil y suele fragmentarse con los
cambios bruscos de temperatura. La mayor parte de la producción de azufre se destina a la
fabricación de ácido sulfúrico y a la obtención de abonos y fertilizantes. Tradicionalmente
se ha venido usando para fabricar la pólvora.
Selenio: (Símbolo químico Se). (Dureza 2). (Densidad 4,7). El selenio pertenece al
grupo de los no metales, pero se presenta de forma natural en estado sólido cristalino, de
color grisáceo, y con menos frecuencia en forma líquida. Tiene un importante papel biológico
puesto que es un micronutriente esencial que participa en muchos procesos metabólicos
(se encuentra presente en el pan, cereales, pescado, carne, huevos). Por otro lado es un
excelente antioxidante.
Nitrógeno: (Símbolo químico N) (Densidad 1,2). Es un gas incoloro, inodoro e inerte
(no reacciona con otros elementos), aunque puede reaccionar con otros elementos a altas
temperaturas (magnesio, boro, calcio, silicio, aluminio...) para formar nitruros. Es el
componente principal d ella atmósfera (78%). El nitrógeno en combinación con el hidrógeno
forma el amoniaco (NH3) con el oxígeno forma los nitratos (NO3) y nitritos (NO2), y con
ambos elementos forma el ácido nítrico HNO3), altamente corrosivo. Es asimismo un
componente esencial en las proteínas (aminoácidos) y en los ácidos nucleicos (ADN y ARN),
además de participar en la cadena trófica (véase ciclo del nitrógeno). Por otro lado tiene
efectos beneficiosos en el organismo humano cuando se presenta en forma de óxido de
nitrógeno (NO), pues está involucrado en el buen funcionamiento del sistema nervioso,
inmunitario, cardiovascular y muscular. Sin embargo, la manipulación del nitrógeno líquido
requiere ciertos cuidados, pues puede producir gravísimas quemaduras. Si se sumerge una
extremidad en un depósito de nitrógeno líquido puede producir la instantánea solidificación
del miembro y su desprendimiento.
Oxígeno: (Símbolo químico O). (Densidad 1,4). Gas incoloro e inodoro que se
encuentra en la atmósfera (*), en la composición del agua, en los seres vivos (**) y en la
mayoría de compuestos orgánicos e inorgánicos. Es esencial en la respiración y en la
combustión. Es además altamente reactivo pues forma fácilmente compuestos con la
37. 37
mayoría de los elementos. Otra forma (alótropa) del oxígeno es el ozono (O3), que ayuda a
proteger la biosfera de la peligrosa radiación ultravioleta. La reducción del oxígeno en las
aguas puede deberse a la contaminación hídrica, como consecuencia de la descomposición
de las algas y otros biomateriales, en un proceso denominado eutrofización.
(*) El oxígeno se empezó a acumularse en la atmósfera a partir de los organismos
fotosintéticos.
(**) En los seres vivos el oxígeno forma parte de las proteínas, carbohidratos, lípidos
y ácidos nucleicos.
Fósforo: (Símbolo químico P). Elemento no metálico que habitualmente se
encuentra en la naturaleza en forma de fosfatos. Es un elemento esencial en la
composición de los ácidos nucleicos y en la molécula energética ATP (Adenosín Trifosfato).
El llamado fósforo blanco es un sólido de color blanquecino, muy tóxico e inflamable, por lo
que tuvo un extenso uso militar como agente incendiario, que además de arder de forma
espontánea en contacto con el oxígeno produce una cegadora pantalla de humo blanco (fue
empleado en la guerra de Vietnam en 1960). El fósforo blanco expuesto a altas temperaturas
(300ºC) se transforma en fósforo rojo, más estable y menos tóxico, que es el que se
emplea normalmente en laboratorios y con el que se fabrican las clásicas “cerillas”.
10.2 Compuestos químicos
10.2.1 Óxidos (o anhídridos): Compuestos binarios formados
generalmente por un metal con el oxígeno. Téngase en cuenta que
casi todos los elementos metálicos puedan formar combinaciones
estables con el oxígeno. Hay compuestos que solo presentan un
oxígeno (óxidos o monóxidos), otros que contienen dos átomos de
oxígeno (dióxidos), otros que tienen tres (trióxidos), etc. Como
ejemplos de óxidos podemos citar:
Corindón (óxido de aluminio): (Formula química Al2O3). (Dureza 9). (Densidad
4). (Punto de fusión + 2.000 ºC). Cristaliza en el sistema trigonal. Es un material muy duro,
infusible a la llama del soplete e inatacable por muchos ácidos. Se presenta en cristales
rugosos o redondos, a veces de gran tamaño. Entre las distintas variedades del corindón
se encuentran dos, que son gemas muy estimadas y de gran valor comercial: el ”rubí” (*)
de color rojo, y el ”zafiro” (**) de color azulado, que es el color habitual, pero puede
presentar otros colores. La variedad opaca (no transparente y de color gris oscuro) se
denomina “esmeril” y es empleado en la industria como abrasivo. Los yacimientos más
importantes de Corindón se encuentran en Africa (Sudáfrica y Madagascar), India
(Cachemira), Brasil, Colombia, Birmania, China y Rusia.
(*) Rubí: Pertenece a la familia del corindón, por lo tanto presenta su misma dureza,
grado de transparencia, densidad y punto de fusión. El rubí es una de las cuatro gemas
preciosas (junto con el diamante, la esmeralda y el zafiro), muy apreciada en alta joyería,
llegando incluso a superar el valor de algunos diamantes del mismo tamaño. Su intenso
color ROJO se debe al cromo que existe en la mena (con trazas de hierro se torna de
color marrón).
38. 38
(**) Zafiro: Tiene las mismas características físicas y químicas que el rubí (dureza,
densidad, transparencia, punto de fusión), puesto que ambos pertenecen a la familia del
corindón, con la salvedad de que la variedad de zafiro se presenta habitualmente en color
AZUL, en este caso debido a las inclusiones de titanio. La variedad de color NEGRO es
muy llamativa y apreciada.
Crisoberilo (oxido de aluminio y berilo): (Fórmula química Al2BeO4). (Dureza
8,5). (Densidad 3,7). Mineral muy duro, insoluble en ácidos e infundible al soplete. Algunas
de sus variedades puras cristalizadas son muy apreciadas como “gemas”. Un buen
ejemplo lo tenemos en la alejandrita (en honor del Zar Alejandro II de Rusia), que presenta
una espectacular propiedad óptica: a la luz del día es de color VERDE HIERBA, mientras
que expuesta a la luz artificial muestra un color ROJO FRAMBUESA.
Casiterita (óxido de estaño): (Formula química SnO2). (Dureza de 6 a 7).
(Densidad 6,9). Se presenta en forma de masas granulares o bien adoptando una
estructura cristalina (sistema tetragonal), con un brillo destacado. Su coloración es
AMARILLA, PARDA o NEGRA. Es un mineral duro (a diferencia del estaño), insoluble en
ácidos e inatacable al soplete. Se encuentra frecuente en la composición del granito.
Magnetita (óxido de hierro): (Fórmula química Fe3O4). (Dureza 6.5). (Densidad
5.2). Cristaliza en el sistema cúbico. Su color es NEGRO, de brillo metálico. Es un mineral
fuertemente magnético y una excelente mena del hierro.
Cuprita (óxido de cobre): (Fórmula química Cu2O). Es la principal mena del cobre.
(Dureza de 3,5 a 4). (Densidad 6,1). En su estado natural se presenta como un sólido
cristalino semitranslúcido, de color ROJO PARDO o ROJO NEGRUZCO, que cristaliza en
el sistema cúbico.
10.2.2 Hidróxidos: Son compuestos ternarios, en este caso
formados por tres elementos: metal, oxígeno e hidrógeno. Es un
ejemplo de este compuesto el hidróxido de litio (LiOH).
10.2.3 Sulfuros: Formados por un metal combinado con el
azufre. Los sulfuros naturales son las menas minerales más
empleadas en la metalurgia para la obtención de diversos minerales
como el hierro, cobre, plomo, mercurio, plata, etc. Así entre los sulfuros
más importantes podemos citar:
Pirita (mena del hierro): (Dureza de 6 a 6,5). (Densidad 5,5). El sulfuro de hierro
(FeS) aparece en la naturaleza en forma de cristales cúbicos u octaédricos, de color
AMARILLENTO, presentando el típico brillo metálico, siendo habitual que las superficies
desprendan irisaciones. Es un compuesto que se oxida con facilidad. En España son
importantes los yacimientos de Rio Tinto (Huelva). La pirita se utiliza frecuentemente en la
fabricación del ácido sulfúrico, casi nunca como mena del hierro, pues hay otras menas de
las que se extrae mayor cantidad de este mineral, como la siderita, de color PARDO
(grupo carbonatos: 48 % hierro), la limonita, de color AMARILLENTO ROJIZO (grupo de
los óxidos: 60 % hierro), la hematita, de color ROJO (grupo de los óxidos: 70 % hierro), y
la magnetita, de color NEGRO GRISÁCEO (grupo de los óxidos: de la que se extrae un 73
% hierro).
39. 39
Calcopirita (mena del cobre): (Dureza de 3,5 a 5). (Densidad 4,3). El sulfuro de
cobre (CuS) aparece en la naturaleza en forma de cristales tetragonales o en agregados
granulares. Sus cristales presentan un característico color AMARILLENTO con reflejos
verdes e irisaciones.
Galena (mena del plomo): (Dureza de 2,5 a 3). (Densidad 7,5). El sulfuro de plomo
(PbS) es la única fuente de la que se extrae El plomo. Es muy abundante en la naturaleza,
y se presenta formando masas irregulares o estructuras cúbicas u octaédricas, de
coloración GRIS AZULADA. Es un mineral blando (pues funde con facilidad), dúctil,
maleable y de elevada densidad. Presenta gran resistencia a la corrosión. El plomo protege
frente a ciertas radiaciones electromagnéticas de alta energía.
Cinabrio (mena del mercurio): (Dureza entre 2 y 2,5). (Densidad 8,1). El sulfuro
de mercurio (HgS) se presenta en masas terrosas combinadas con formas cristalinas, de
color ROJIZO MATE. Cuando estas masas se calientan, el mercurio que lleva incorporado
se va condensando en forma de gotitas. El cinabrio presenta muy alta densidad y es
insoluble en ácidos. Solo le ataca el agua regia. Son famosas las minas de Almadén
(Ciudad Real), que ya eran explotadas por los griegos 600 años antes de nuestra era.
Argentita (mena de la plata): (Dureza de 2 a 2,5). (Densidad 7,3). El sulfuro de
plata (AgS) cristaliza en el sistema cúbico. Es de color GRISÁCEO, blando, dúctil y
maleable. Funde con facilidad al soplete y es soluble en ácidos.
10.2.4 Haluros (o halogenuros): También llamadas ”sales
haloideas”. Son compuestos que tienen en su composición algún
elemento metálico con otro elemento del grupo de los halógenos (flúor,
cloro, bromo y yodo), dando respectivamente fluoruros, cloruros,
bromuros y ioduros. Los más abundantes son los cloruros, como el
cloruro sódico, halita o sal común (Na Cl).
Cloruro sódico (halita o sal común): (Símbolo químico NaCl). (Dureza 2).
(Densidad 1.9). La halita es un mineral de color BLANCO que adopta forma cristalina
(sistema cúbico), cuando se origina por precipitación del “cloruro sódico” disuelto en las
aguas sometidas a fuerte evaporación. Es muy abundante en los mares (de los 30
gramos/litro de salinidad, 26 gramos son de cloruro sódico). España es un gran productor
de sal gema, llamada así familiarmente, donde puede obtenerse directamente por
evaporación, normalmente en las salinas de algunas zonas costeras (Santander, Alicante,
Barcelona, Valencia), o bien extrayéndola en yacimientos mineros (Zaragoza).
Curiosamente, la palabra “salario” proviene de “sal”, que era la forma de remunerar los
servicios de los soldados romanos.
10.2.5 Carbonatos: Compuestos químicos (ternarios) formados
por un metal o metaloide más carbono y oxígeno (formando la
estructura CO3). Son carbonatos los siguientes minerales: calcita,
siderita y magnesita.
40. 40
Calcita (CaCO3) (Carbonato cálcico): (Dureza 3). (Densidad 2,7). La calcita
cristaliza en el sistema trigonal. Presenta diversas coloraciones según las impurezas que
contenga, pero su color más habitual es el BLANCO ACARAMELADO. Es el principal
componente de numerosas rocas sedimentarias (calizas y margas), y de algunas rocas
metamórficas como los mármoles. Asimismo es el principal componente de las conchas y
esqueletos de numerosos organismos marinos. Además es la materia prima con la que se
fabrica el cemento y la cal.
Siderita (FeCO3) (Carbonato de hierro): (Dureza 4,5). (Densidad 3,8). Es una de
las menas del hierro. Se presenta en agregados cristalinos de diferentes tonalidades
(PARDO, GRISÁCEO o AMARILLENTO-VERDOSO).
Magnesita (MgCO3) (Carbonato de magnesio): (Dureza 4,5). (Densidad 3). La
magnesita aparece a menudo formando estructuras cristalinas de color BLANCO
AMARILLENTO y de brillo vítreo. Es un mineral bastante frágil.
10.2.6 Silicatos (*): Compuestos químicos en los que predomina
el sílice (silicio y oxígeno), presentando todos ellos la estructura
tetraédrica SiO4 (*). La presencia del silicio es muy abundante en la
corteza terrestre (80% litosfera) y tiene multitud de aplicaciones
industriales (circuitos electrónicos) y en joyería. La mayoría de silicatos
son inatacables por los ácidos.
(*) Los silicatos se clasifican en función de su naturaleza espacial microscópica,
cuya estructura básica o “celda unidad” es el tetraedro. Esta estructura básica está
formada por un átomo de silicio unido a cuatro átomos de oxígeno (SiO4). El silicio ocupa
el lugar central de la estructura mientras que los oxígenos ocupan sus cuatro vértices.
Entre estos tetraedros básicos pueden producirse diferentes enlaces, dando lugar a
diferentes grupos: nesosilicatos (formados por tetraedros aislados), sorosilicatos
(tetraedros formando grupos de dos en dos), ciclosilicatos (tetraedros dispuestos en anillo
o estructuras cerradas); inosilicatos (tetraedros formando cadenas lineales simples o
compuestas), filosilicatos (tetraedros dispuestos en láminas o estructuras planas),
tectosilicatos (formando redes tridimensionales).
Entre los compuestos silíceos de poca dureza se pueden citar:
talco, caolín, mica, etc. Entre los compuestos de mayor dureza
destacan los siguientes, utilizados todos ellos como “gemas”: granate,
esmeralda, topacio, cuarzo y sus variedades (amatista, ágata, ónice,
jaspe, ópalo, etc).
Talco: (Dureza 1). (Densidad 2,7). (Silicato de magnesio). Es un mineral de color
BLANCO GRISÁCEO o AMARILLENTO y de brillo sedoso, transparente o translúcido. En
la Escala de Mohs se toma como referencia del mineral más blando, asignándosele un
valor convencional de 1. La forma cristalina es extremadamente rara, pues en la naturaleza
se presenta habitualmente formando masas compactas granulosas o agregados hojosos
(en forma de hojas). En forma de polvo se utiliza en la fabricación de lacas, pinturas y
cerámicas, así como en la prevención de irritaciones cutáneas (los tradicionales “polvos
de talco”).
