EXPERIMENTOS DE ROCAS Y MINERALES
Estudio básico de minerales y rocas 1. Formación y observación La formación y crecimiento de en el laboratorio con algunos procesos que ocurren en la evaporación, precipitación, nivel macroscópico como
1. Formación y observación de macrocristales macrocri stales de sal 2. Identificación de minerales 3. Identificación y descripción de rocas
de macrocristales de sal cristales se puede reproducir productos, simulando naturaleza: sublimación,
4. Uso de minerales y de rocas
microscópico.
Materiales: agua, sal, vaso reloj, lupa binocular o microscopio, porta y cubre objetos, sulfato de cobre (II) o cloruro sódico (sal de cocina).
reacciones químicas…, tanto a
de
precipitados, precipitados,
vidrio de
Procedimientos:
1. 2. 3. 4. 5.
Realiza una disolución saturada saturada de sulfato de cobre en 100 ml de agua. (La solubilidad de sulfato de cobre en agua a 20 ºC es de 20,3 g/100ml. Calienta la mezcla a fuego lento hasta la evaporación de, aproximadamente, aproximadamente, un cuarto del volumen de disolución. Puedes introducir en la disolución polvo de tiza o un hilo. Deja enfriar la mezcla. Filtra la disolución resultante, y observa a simple vista el residuo que queda.
6.
Coloca en un v idrio de reloj el resultado de la f iltración y obsérvalo con la lupa binocular.
Cuestiones: a) Dibuja y describe los cristales observados. b) Explica el motivo por el que se ha evaporado inicialmente un cuarto de la disolución. c)
¿Qué función tiene el hilo o el polvo de tiza introducido en la disolución?
d) ¿Por qué se dice que la bauxita es un mineral amorfo? Explícalo. e) Explica qué quiere decir que la solubilidad solubilidad del sulfato de cobre a 20 ºC es de 20,3 g/100ml. f)
Realiza la formación de otros tipos de cristales (ver experimentos). experimentos).
Aplicaciones: 1.
Busca información y describe la formación de minerales por precipitación precipitación química. Incluye ejemplos de minerales.
2.
Busca información y describe los tipos de minerales formados a partir de magma, tanto silicatos como metálicos.
3.
¿Por qué características son muy apreciadas las piedras preciosas o gemas? Descríbelas asociadas a un ejemplo.
4.
Busca información sobre las minas de sal de Cardona y escribe un breve informe sobre su formación y sobre su utilidad.
5.
Busca información y escribe un pequeño informe sobre la formación de cristales en el cuerpo humano; por ejemplo: agujetas, cálculos renales, orina…
índice 2. Identifica Identificación ción de minerales Para identificar un mineral hay que estudiar sus propiedades características. características. Una vez conocidas, podemos saber de que mineral se trata usando guías o claves dicotómicas. La siguiente actividad sirve para relacionar minerales con alguna de sus propiedades características. Materiales: diferentes minerales, ácido clorhídrico diluido, clavo de acero, baldosa de cerámica, probeta, balanza, agua. Procedimientos :
Sobre las mesas tienes siete tarjetas y tres minerales sobre cada una de ellas.
En cada tarjeta se te pide que identifiques una misma propiedad ( marcada en rojo) rojo ) en cada uno de los tres minerales.
Una vez identificada la propiedad de los tres minerales, anota a qué mineral corresponde cada muestra.
Identifica a qué mineral corresponde cada una de las muestras (a, b, c).
Mineral
Dureza
Talco Fluorita Cuarzo
1 4 7
Identifica a qué mineral corresponde cada una de las muestras (a, b, c).
Muestra
Identifica a qué mineral corresponde cada una de las muestras (a, b, c).
Mineral Calcita Sal gema Espato de Islandia Magnetita
Mineral
Raya
Silvina Blenda Calcopirita
Blanca Parda-Blanca Negra-Verde
Propiedad Disolución con ácido clorhídrico
Brillo
Yeso Cinabrio Galena
vítreo adamantino metálico
Muestra
Identifica a qué mineral corresponde cada una de las muestras (a, b, c).
Muestra
Muestra
Identifica a qué mineral corresponde cada una de las muestras (a, b, c, d).
Mineral
Color
Azufre Cuarzo Malaquita
amarillo diferentes verde
Calcula la densidad de las muestras.
Mineral
(a) Galena
Masa (g)
Salado Doble refracción
Mineral
3
Volumen (cm )
Atrae hierro Densidad 3
(g/cm )
(b) Cuarzo
Muestra
Identifica a qué mineral corresponde cada una de las muestras (a, b, c).
Mineral
Ruptura
Pirita Aragonito Bauxita
Cúbica Rómbica Amorfa
Muestra
Cuando acabes, busca otra tarjeta para identificar la propiedad requerida, y así sucesivamente hasta recorrer las siete tarjetas.
Aplicaciones Esta plantilla te servirá para reflejar las características estudiadas en los minerales de tu colección o bien en los que te presente el profesor. Mineral 1 2 3 4 5 6 7 8
Densidad
Color
Color de la raya
Brillo
Dureza
Ruptura
Tenacidad
Solubilidad
9 10 11 12
índice 3. Identificación y descripción de rocas
Las rocas están formadas por agregados de minerales, como el granito, o por un solo mineral, como la sal gema. En la descripción de una roca deben quedar reflejadas frases que tengan en cuenta características como las siguientes: A)
Componentes: homogeneidad, número de minerales. Disposición, colores.
B) Textura: granular, porfídica, vítrea, porosa o espumosa. C) Tamaño de los cristales: grandes, pequeños, grandes y pequeños, microscópicos. D) Tipo de roca según el origen. E) Otras: disolución, reacción con ácidos, sabor, foliación...
Cuestiones Observa a) b) c)
las rocas que tienes sobre la mesa. Dibuja y describe, en primer lugar, las rocas que te indique el profesor. Después continúa con el resto de las rocas. Describe algunas características comunes en las rocas de cada tipo. Compara los tres tipos de rocas entre sí (características comunes, características diferenciales).
lumaquela
SEDIMENTARIAS
MAGMÁTICAS O ÍGNEAS ROCA: piedra pómez o pumita
ROCA: Mármol
conglomerado
ROCA: Granito
ROCA: Pizarra
ROCA: Pegmatita
ROCA: Gneis
caliza
ROCA: Gabro
ROCA: Esquistos moteados
gres(arenosa)
ROCA: Obsidiana
ROCA: Cuarcita
carbon
METAMÓRFICAS
marga
ROCA: Basalto
ROCA: Serpentina metamórfica
índice
4. Uso de minerales y rocas 1. Investiga de qué minerales se obtiene los materiales siguientes: cromo, cinc, cobre, hierro, mercurio, aluminio, plomo y estaño. ¿Cuáles son los países más productores de cada mineral? Expresa los resultados de la investigación en una tabla. (Ayuda). 2. ¿Qué usos se hace de los minerales o rocas siguientes: azufre, fluorita, cuarzo, pirita, pechblenda, halita, mármol, granito, pizarra, calcita y gres. Expresa los resultados de la investigación en una tabla. 3. Busca el nombre de algunos minerales que se consideran gemas o piedras preciosas. (Ayuda). 4. Para obtener mejores resultados en las propiedades de algunos materiales se realizan aleaciones como: el bronce, acero, alpaca y latón. ¿Qué significa el término aleación? Investiga la composición de cada una de las aleaciones, así como la utilidad de cada uno de ellos. Expresa los resultados de la investigación en una tabla.
Tipos de Rocas
LAS ROCAS son agregados naturales (sistemas homogéneos) que se presentan en nuestro planeta en masas de grandes dimensiones. Están formadas por uno o más minerales o mineraloides.
LOS TIPOS DE ROCAS: Los diferentes tipos de rocas se pueden dividir, según su origen, en tres grandes grupos:
ÍGNEAS: formadas a partir del enfriamiento de rocas fundidas (magmas). Los m agmas pueden enfriar de manera rápida en la superficie de la Tierra mediante la actividad volcánica o cristalizar lentamente en el interior, originando grandes masas de rocas llamadas plutónicas. Cuando cristalizan en grietas de la corteza forman las rocas ígneas filonianas. METAMÓRFICAS : formadas a partir de otras rocas que, sin llegar a fundirse, han estado sometidas a grandes presiones y temperaturas y se han transformado.
SEDIMENTARIAS : formadas en zonas superficiales de la corteza terrestre a partir de materiales que se depositan formando capas o estratos. Son detríticas si se originan a partir de trozos de otras rocas. Químicas y orgánicas si se forman a partir de precipitación de compuestos químicos o acumulación de restos de seres vivos.
En las páginas siguientes se adjunta información más detallada de los principales tipos de rocas junto con una serie de fotografías que nos permiten iniciarnos en su reconocimiento.
CRISTALIZACIÓN: surgidas del magma Las rocas que se forman a partir del enfriamiento de los magmas se denominan ROCAS IGNEAS . Estas rocas son muy comunes y se dividen en tres tipos diferentes: plutónicas, volcánicas y filonianas.
ROCAS PLUTÓNICAS , se forman cuando el magma solidifica en el interior de la T ierra. Como en el interior las temperaturas son elevadas, el enfriamiento de los magmas es muy lento. En estas condiciones los minerales disponen de mucho tiempo para crecer, por lo que estas rocas presentan cristales relativamente grandes (se ven bien a simple vista). Como la presión del interior es también muy elevada, los minerales crecen estrechamente unidos formando rocas densas y sin huecos. Los granitos son las rocas plutónicas más comunes. Están compuestos por una mezcla de los minerales cuarzo, feldespatos y micas. El gabro es otra roca plutónica muy común, se reconoce por la ausencia de cuarzo y sus tonos oscuros.
ROCAS VOLCÁNICAS se originan cuando los magmas enfrían en la superficie terrestre, a temperaturas y presiones bajas. En estas condiciones el enfriamiento es muy rápido con lo que los cristales disponen de muy poco tiempo para formarse y crecer. El resultado son rocas constituidas por una masa de cristales de pequeño tamaño o bien m ateria amorfa sin cristalizar (vidrio). Al originarse en la superficie, donde la presión es baja, pueden adquirir un aspecto esponjoso. Es común clasificar las rocas volcánicas en función de su composición química. Una roca muy frecuente y f ácil de reconocer por sus tonos oscuros es el basalto. La riolita, por el contrario, presenta tonos claros. Independientemente de su composición, podemos agrupar los materiales volcánicos en:
Volátiles (gases) Piroclastos, fragmentos rocosos . Se trata del material fundido que es lanzado al aire durante la actividad volcánica y que enfría al caer en forma de lluvia. o Los trozos de pequeño tamaño son las cenizas volcánicas Llamamos a los de mayor tamaño escorias (son parecidas a las de los hornos de carbón).Cuando adquieren aspecto o redondeado se llaman bombas volcánicas. Coladas, materiales más o menos continuos formados tras el enfriamiento de la lava que fluye desde la boca de erupción. En ocasiones la lava se retuerce mientras se enfría originando las lavas cordadas.
La piedra pómez es una variedad de lava particularmente esponjosa (es tan ligera que flota en el agua). El vidrio volcánico se llama obsidiana. Tiene color oscuro y un brillo vítreo característico. Los magmas también pueden cristalizar en el interior de grietas o fracturas en las que las presiones y temperaturas no son tan elevadas como las que soportan las rocas plutónicas durante su formación, ni tan bajas como las de las rocas volcánicas. En este caso las rocas resultantes se denominan ROCAS FILONIANAS. Se llaman pórfidos a las rocas que presentan grandes cristales de un mineral envueltos en una "pasta" de pequeños cristales de otros minerales. Las pegmatitas se reconocen fácilmente por presentar grandes cristales de cuarzo, feldespatos y micas.
RECRISTALIZACIÓN: rocas transformadas Cualquier roca cuando se somete a intensas presiones y temperaturas sufre cambios en sus minerales y se transforma en un nuev o tipo que llamamos ROCA METAMÓRFICA . El proceso metamórfico se realiza en estado sólido, es decir las transformaciones se producen sin que la roca llegue a fundirse. La mayoría de las rocas metamórficas se caracterizan por un aplastamiento general de sus minerales que hace que se presenten alineados. Esta estructura característica que denominamos foliación se ve muy bien en rocas como las pizarras, los esquistos y los gneises. Las pizarras son arcillas metamorfizadas. Presentan foliación muy recta, paralela y próxima. Generalmente son oscuras y con frecuencia contienen fósiles. Los esquistos son rocas que han sufrido un metamorfismo más intenso. Presentan foliación algo deformada y los fósiles que pudiera haber en la roca original desaparecen durante el proceso metamórfico. El Gneis es una roca que ha sufrido un metamorfismo muy intenso. Sus principales minerales son el cuarzo, los feldespatos y las micas (como el granito) pero se presentan orientados en bandas claras y oscuras. Otras rocas metamórficas muy comunes son: El mármol: se trata de rocas carbonatadas (como las calizas) que han sufrido metamorfismo y presentan un aspecto cristalino característico. La cuarcita: son areniscas ricas en cuarzo metamorfizadas. El metamorfismo puede ocurrir en diferentes ambientes terrestres, por ejemplo a ciertas profundidades las rocas sufren cambios debidos al peso de los materiales que hay por encima y a las grandes temperaturas. También se produce metamorfismo en los bordes de las placas tectónicas
debido fundamentalmente a las grandes presiones que actúan y también en los alrededores de los magmas gracias a las grandes temperaturas reinantes.
SEDIMENTACIÓN: rocas estratificadas Las rocas originadas a partir de la consolidación de fragmentos de otras rocas, de restos de plantas y animales o de precipitados químicos, se denominan ROCAS SEDIMENTARIAS .
ROCAS SEDIMENTARIAS DETRÍTICAS son las formadas a partir de la sedimentación de trozos de otras rocas después de una fase de transporte. La clasificación de estas rocas se basa en los tamaños de los trozos que las componen. Las constituidas por trozos de tamaño grande son los conglomerados, las areniscas poseen granos de tamaño intermedio y los limos y arcillas poseen trozos muy pequeños.
ROCAS SEDIMENTARIAS QUÍMICAS Y ORGÁNICAS son las formadas a partir de la precipitación de determinados compuestos químicos en soluciones acuosas o bien por acumulación de substancias de origen orgánico. Un tipo muy común es la roca caliza, formada en su mayor parte por restos de organismos como corales, algas, etc. aunque también puede originarse por precipitación de cementos calcáreos. Las tobas calcáreas son rocas muy porosas y con abundantes restos vegetales que se originan en los ríos cuando el carbonato de calcio precipita sobre la vegetación.
Los carbones y petróleos son rocas sedimentarias orgánicas originadas a partir de la acumulación de restos de materia orgánica. Poseen un enorme interés económico.
MINERALES
El Ciclo de las Rocas Uniformitarianismo y Reciclamiento por Anne E. Egger, Ph.D.
Conceptos clave
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The rock cycle is the set of processes by which earth materials change from one form to another over time.
The concept of uniformitarianism, which says that the same earth processes at work today have occurred throughout geologic time, helped develop the idea of the rock cycle in the 1700s. Processes in the rock cycle occur at many different rates. The rock cycle is driven by interactions between plate tectonics and the hydrologic cycle.
Todos vemos cambios en el paisaje que nos rodea, pero nuestra visión de cuán rápido cambian las cosas está determinada por donde uno vive. Si usted vive cerca de la costa, ve cambios diurnos, mensuales y anuales en la forma de la costa. Mientras uno más se aleja de ella y penetra al interior de los continentes, el cambio es menos evidente: los ríos se desbordan y cambian de rumbo aproximadamente cada 100 años. Si uno vive cerca de una falla o zona volcánica activa, uno vive eventos como erupciones o terremotos poco frecuentes, pero catastróficos. A lo largo de la historia humana, diferentes grupos de personas han tenido una gran variedad de creencias para explicar estos cambios. Los primeros griegos atribuyeron los terremotos al dios Poseidón que de ese modo expresaba su furia, una explicación, en todo caso, que tomaba en cuenta la naturaleza impredecible del fenómeno. Los Navajo, por ejemplo, perciben los procesos de la superficie como interacciones entre entidades opuestas pero complementarias: el cielo y la tierra. La mayoría de los cristianos europeos del siglo XII creían que la tierra esencialmente no había cambiado desde su creación. Cuando los naturalistas encontraron fósiles de animales marítimos en lo alto de los Alpes, muchos devotos creyentes interpretaron el Antiguo Testamento literalmente, y sugirieron que los fósiles encontrados en los elevados sitios eran el resultado del diluvio biblíco de Noé.
Uniformitarianismo A mediados de los años 1700, el físico escocés James Hutton (ver el enlace Biografía a la derecha) empezó a desafiar la interpretación de la Biblia al observar detalladamente los ríos cerca de su casa. Cada año, estos ríos se desbordaban, depositando así una fina capa de sedimento en la llanura aluvial. A este fenómeno Hutton lo llamó el principio de uniformitarianismo: los procesos que ocurren hoy en día, son los mismos que los que ocurrieron en el pasado para crear el paisaje y las rocas tal como los vemos ahora. Comparativamente, la estricta interpretación bíblica, común en ese entonces, sugiería que los procesos que crearon el paisaje habían completado y no seguían en función.
Figura 1: Estas imágenes muestran cómo James Hutton originalmente conceptualizó el ciclo de la roca.
Hutton argumentó que para que el uniformitarianismo funcione durante largos períodos de tiempo, los materiales terrestres tenían que ser constantemente reciclados. Si no había reciclaje, las montañas se erosionarían (o los continentes se corroerían, en palabras de Hutton), los sedimentos serían transportados al mar y, eventualmente, la superficie de la tierra sería totalmente plana y cubierta de una delgada capa de agua. En cambio, estos sedimentos, una vez depositados en el mar, deberán ser regularmente levantados para formar una nueva cordillera montañosa. El reciclaje era una radical desviación de la noción común que percibía la tierra como algo que no cambiaba. Tal como se ve en el diagrama de arriba, Hutton primero concibió el ciclo de la roca como un proceso conducido por una especie de máquina calentadora de la tierra. Así, el calor causaba que los sedimentos depositados en las cuencas se conviertieran en roca; a su vez, el calor causaba el levantamiento de las cordilleras montañosas y el calor contribuía parcialmente al desgaste de las rocas. A pesar de que muchas de sus ideas sobre el ciclo de las rocas eran vagas (como la 'conversión de la roca´) o incorrectas (como el calor que causa la corrosión), Hutton dio los primeros pasos para juntar diversos procesos en una teoría simple y coherente. Las ideas de Hutton no fueron inmediatamente aceptadas en la comunidad científica, en gran medida, porque él no las quería publicar. Era un mejor pensador que escritor. Es más, cuando uno de sus escritos fue publicado en 1788, pocas personas pudieron entender su escritura confusa y técnica (ir al enlace Clásicos a la derecha para ver un escrito de Hutton). Sus idea s fueron mucho más acesibles después de su muerte cuando se publicaron “Ilustraciones de la teoría de la Tierra Huttoniana -
Illustrations of the Huttonian Theory of the Earth” (1802)de John Playfair y “Principios de Geología - de Principles of Geology”
(1830) de Charles Lyell.
Un entendimiento mucho más completo del ciclo de la roca se desarrolló con la emergencia de la teoría de las placas tectónicas en los años 1960. (ver Placa Tectónicas I). Nuestro concepto moderno del ciclo de la roca es fundamentalmente diferente al de Hutton en algunos aspectos: ahora entendemos que la actividad de las placas tectónicas determina cuándo, cómo y dónde ocurre el levantamiento, y sabemos que el calor nace en el interior de la tierra a través de la corrosión radioactiva y sale hacia la superficie de la tierra por la convección. Juntos, el uniformitarianismo, las placas tectónicas, y el ciclo de la roca proveen un poderoso instrumento para observar la tierra, lo que permite que los científicos estudien la historia de la tierra y puedan hacer predicciones sobre el futuro.
El Ciclo de la Roca El ciclo de la roca consiste en una serie de procesos constantes, a través de los cuales los materiales de la tierra cambian de una forma a otra a medida que pasa el tiempo. Tal como sucede con el ciclo del agua y el ciclo de carbón , algunos procesos en el ciclo de la roca ocurren durante millones de años y otros ocurren mucho más rápidamente. No hay un principio o un fin del ciclo de la roca, pero es conveniente empezar a explorarlo estudiando el magma. Usted puede abrir el esquema del ciclo de la roca más abajo y seguir viendo el esbozo. Pulsar en la frase para abrir este diagrama en una nueva ventana.
enlarge image Figure 2: A schematic sketch of the rock cy cle. In this sketch, boxes represent earth materials and arrow s represent the processes that transform those materials. The processes are named in bold next to the arrows. The two major sources of energy for the rock cycle are also shown; the sun provides energy for surface processes such as weathering, erosion, and transport, and the earth's internal heat provides energy for processes like subduction, melting, and metamorphism. The complexity of the diagram reflects a real complexity in the rock cycle. Notice that there are many possibilities at any step along the way.
El magma, o la roca derretida, se forma sólo en ciertos lugares en la tierra, sobre todo, alrededor de los bordes de las placas. (La idea de que todo el interior de la tierra está derretido es un concepto erróneo pero común. Ver La estructura de la Tierra para una más completa explicación.) Cuando el magma se enfría, se cristaliza, tal como cuando al enfriarse el agua, se produce cristales de hielo. Podemos ver este proceso en lugares como Islandia, donde el magma sale de un volcán y se enfría en la superficie de la tierra, formando así en las laderas del volcán una roca llamada basalto. Sin embargo, la mayoría del magma
nunca sale a la superficie y se enfría dentro de la costra terrestre. Muy al interior de la costra debajo de la superficie de Islandia, el magma que no hace erupción se enfría y se convierte en la roca l lamada gabbro. Las rocas que se forman a partir del magma que se ha enfriado se llaman rocas ígneas; rocas ígneas intrusivas si se enfrían debajo de la superficie (como gabbro) rocas ígneas extrusivas si se enfrían en la superficie (como basalto).
Figura 3: Esta imágen muestra una erupción basáltica del Pu'u O'o, en las riberas del volcán Kilauea en Hawaii. El material rojo es lava derretida que a medida que se enfría se convierte en negra y se cristaliza.
Las rocas como el basalto son inmediatamentes expuestas a la atmósfera y al clima. Las rocas que se forman debajo de la superficie terrestre, como el gabbro, deben estar sometidaas al proceso de levantamiento. Por lo tanto, todo el material en la superficie tiene que ser despejado con la erupción para que el gabbro pueda quedar expuesto. En cualquier caso, en seguida que las rocas quedan expuestas en la superficie de la tierra, comienza el proceso de desgaste. Las reacciones físicas y químicas causadas por el contacto con el aire, el agua y los organismos biológicos hacen que las rocas se descompongan. Una vez que las rocas están descompuestas, el aire, el agua y los glaciares transportan pedazos de las rocas a través de un proceso llamado erosión. El agua que fluye es el agente más común de la erosión: el lodoso Mississippi, el Amazonas, el Hudson, el Río Grande. Cada año, todos estos ríos transportan toneladas de sedimentos desgastados y erosionados desde las fuentes de las montañas al océano. Los sedimentos que estos ríos transportan se depositan y continuamente quedan enterrados en los deltas y las
llanuras aluviales. Es más, el Cuerpo Militar de Ingenieros tienen que drenar los sedimentos del Mississippi para poder mantener abiertas las rutas de los barcos.
©NASA Figura 4: Una fotrografía desde el espacio, muestra el delta del Mississippi. El color marrón muestra los sedimentos del río y dónde están siendo depositados en el golfo de México.
Bajo condiciones naturales, la presión que se cr ea por el peso de los depósitos más recientes sobre los más antiguos, entierra los sedimentos. A medida que el agua de la superficie fluye a través de estos sedimentos, los minerales como la calcita y la sílice se precipitan fuera del agua y cubre los sedimentos de nuevo. Estos minerales que se precipitan llenan los espacios porosos alrededor de los granos y actúan como cemento, uniendo los granos. La cementación de los sedimentos crea rocas sedimentarias como la piedra aresnica y el esquisto. Estas rocas se están formando ahora mismo en lugares como el fondo del delta del Mississippi. Debido al fenómeno de la deposición de los sedimentos, a menudo, en ciclos temporales o anuales, podemos ver las capas que se han preservado en las rocas sedimentarias cuando quedan expuestas. Para poder ver las rocas sedimentarias, sin embargo, éstas tienen que ser levantadas y expuestas por la erosión. La mayoría de los levantamientos ocurre a lo largo de las placas de los bordes, donde dos placas convergen y causan compresión. Como resultado, vemos rocas
sedimentarias que contienen fósiles de organismos marinos ( por lo que debieron ser depositados en el suelo oceánico) expuestos en las Montañas del Himalaya, donde la placa India converge con la placa Eurasiática.
©Anne Egger Figura 5: El Gran Cañón es famoso por las rocas sedimentadas, extremadamente gruesas y expuestas a la vista.
Si las rocas sedimentarias o las rocas ígneas intrusivas no salen a la superficie terrestre con el levantamiento o la erosión, pueden quedarse enterradas en la profundidad y quedar expuestas a las altas temperaturas y a la presión. Como resultado, las rocas empiezan a cambiar. Las rocas que han cambiado debajo de la superficie terrestre, debido a la exposición del calor, a la presión y a los fluídos calientes, se llaman rocas metamórficas. Los geólogos tienden a r eferirse a las rocas metamórficas como "cocinadas" porque su cambio es similar al cambio que se produce cuando la masa de una tarta se convierte en una tarta con el calor. La masa y la tarta contienen los mismos ingredientes, pero tienen texturas muy diferentes, tal como la piedra arenisca, que es una roca sedimentaria, y el cuarzo, su equivalente metamórfico. En la piedra arenisca, los granos individuales de arena son fácilmente visibles y a menudo se los puede quitar frotándolos. En el cuarzo, los bordes de los granos de arena no son visibles por lo que es una roca que no se rompe facilmente con un martillo y mucho menos, con las manos.
Algunos de los procesos del ciclo de la roca, como las erupciones volcánicas, ocurren muy rápidamente, mientras que otras ocurren muy despacio, como el levantamiento de las cordilleras montañosas y el desgaste de las rocas ígneas. Es importante notar que hay múltiples vías en el ciclo de la roca. Cualquier tipo de roca puede ser levantada y expuesta al desgaste y a la erosión; cualquier roca puede ser enterrada y experimentar una metamórfosis. Como Hutton teorizó acertadamente, estos procesos han estado ocurriendo durante millones de años para crear la tierra tal como la vemos hoy: como un planeta dinámico.
Un ejemplo de América del Norte El ciclo de la roca no es sólamente teórico; podemos ver que todos estos procesos ocurren en muchos lugares y a diferentes escalas en todo el mundo. Como un ejemplo, la cordillera Cascade en América del Norte ilustra muchos de los aspectos del cicl o de la roca en un área relativamente pequeña, tal como se ve en el diagrama de abajo.
Figura 6: Imagen de la cordillera Cascade en el Estado de Washington. Imagen modificada del Cascade Volcano Observatory, USGS.
La cordillera Cascade, en el noroeste de los Estados Unidos, está cerca de un a zona límite de placa convergente, donde la placa Juan de Fuca, formada mayoritariamente de basalto saturado con agua del océano, está siendo subduccionada o arrastrada
debajo de la placa Norteamericana. A medida que la placa desciende a las profundidades de la tierra, el calor y la presión aumentan y el basalto se convierte en una roca muy densa llamada eclogita. Toda el agua del océano que había sido contenida dentro del basalto pasa a las rocas en la parte superior, pero ya no se trata del agua oceánica fría. Ésta también ha sido calentada y contiene altas concentraciones de minerales disueltos, lo qu e las hace muy reactivas o volátiles. Estos fluídos volátiles disminuyen la alta temperatura de las rocas, lo que causa que el magma se forme debajo de la superficie de la placa Norteamericana, cerca de la placa límite. Algún magma que erupciona de volcanes como el Monte Santa Helena, se enfría y forma una roca que se llama andesita, y otra se enfría debajo de la superficie y forma una roca similar llamada diorita. Las tormentas que vienen del Océano Pacífico causan fuertes lluvias en las Cascades, desgastando y erosionando la andesita. Pequeños riachuelos transportan las piezas desgastadas de la andesita hacia los grandes ríos como el Columbia y eventualmente al Océano Pacífico, donde se depositan los sedimentos. La deposición constante de los sedimentos cerca del profundo foso produce la formación de rocas sedimentarias, como la piedra arenisca. Eventualmente, esta piedra ll ega abajo, a la zona de subducción, y el ciclo empieza otra vez. (ver el enlace Experimento! a la derecha). El ciclo de la roca está inextricablemente relacionado no sólo con las placas tectónicas, sino también con otros ciclos terrestres. El desgaste, la erosión, la deposición y la cementación de sedimentos requiren la presencia del agua que está en intermitente contacto con las rocas a través del ciclo hidrológico. Por lo tanto, el desgaste ocurre mucho más despacio en lugares de clima seco, como el desierto del sudeste, que en los lugares tropicales. El proceso de enterramiento de los sedimentos orgánicos retira carbón de la atmósfera, lo cual es parte del componente geológico del ciclo del carbón. Muchos científicos han explorado las maneras por las que podríamos aventajarnos de este proceso y enterrar más dioxido de carbón, que ha sido producido por la quema de combustibles (ver el enlace Noticias y Eventos a la derecha). El levantamiento de las cordilleras montañosas afecta de manera dramática el clima local y global, al bloquear los vientos predominantes y al inducir precipitaciones. Las interacciones entre todos estos ciclos produce la gran variedad de paisajes dinámicos que podemos ver en el mun do. Módulos Relacionados
Placas Tectónicas I Placas Tectónicas II
Recursos Adicionales
• Rocas y minerales
Precipitación química de minerales y biominerales
Responsable: Elena Moreno González de Eiris M. Esther Sanz Montero J. Pablo Rodríguez Aranda
Centro: Universidad Complutense de Madrid (UCM) Facultad de Ciencias Geológicas Fuente: VII Feria Madrid por la Ciencia 2006 Dirigido a: ESO y Bachillerato
Material Observación de muestras de biominerales a diferentes escalas:
Cuatro bandejas de plástico con rebordes elevados. El visual, lupa binocular y microscopio ó ptico. Se aprecia la bandeja tamaño puede variar entre 500 y 1500 cm². Pueden utilizada para la visualización de los estados de la materia. servir las típicas bandejas de laboratorio para disección o las bandejas de charcutería. Canicas de diferentes colores y tamaños de nácar o
cristal. Bolas de acero de rodamientos de un tamaño s imilar a las canicas. Conviene que haya un número importante de bolas de cada tipo, al menos 100, para desarrollar mejor la actividad. Dos imanes de unos 25 cm² de superficie q ue se pueden hacer uniendo varios imanes pequeños. Velcro. Pegamento. Opcional: pintura plástica para colorear las bolas.
Fundamento científico La formación de minerales en los ambientes sedimentarios donde pueden vivir los microorganismos tiene lugar principalmente por precipitación química a partir de disoluciones acuosas. De acuerdo con la teoría cinético-molecular, la mayoría de los procesos sedimentarios de génesis mineral se producen por cristalización, al unirse de una manera ordenada, para constituir un sólido, las distintas partículas, esencialmente iones, que se encontraban dispersas en la masa de agua. En algunos casos, la unión de dichas partículas puede verse favorecida mediante procesos fisicoquímicos inorgánicos, como la evaporación; pero en otros, la precipitación se puede facilitar o inducir gracias a determinados microorganismos (formación de biominerales).
Desarrollo El objetivo de esta actividad es visualizar los procesos de precipitación química y ver cómo las
bacterias pueden facilitar dichos procesos. Los átomos, moléculas, iones y partículas en general estarán representados por bolas de diferentes colores y tamaños; y los ambientes, por bandejas de plástico donde las bolas se podrán mover libremente o con limitaciones. Las bolas que representen los iones positivos tendrán pegados dos cuadraditos de velcro de ganchitos, y las bolas que realicen del papel de aniones llevarán pegados dos cuadraditos de velcro de terciopelo. Las bolas de partículas de agua no tendrán nada pegado. Por otro lado, las partículas usadas para explicar los estados de la materia tampoco llevarán velcro. En primer lugar, se dispondrá una bandeja para explicar los estados de la materia, según la teoría cinéticomolecular, y que los minerales se forman por cristalización, g eneralmente ordenando en un sólido las partículas que con anterioridad se movían libremente o estaban desordenadas. En el estado gaseoso habrá pocas partículas y agitaremos la bandeja con rapidez. El estado líqui do incluirá el doble de partículas que el anterior y se agitará la bandeja más despacio. En el sólido, la ba ndeja se encontrará en reposo y todas las partículas estarán unidas. En segundo lugar, se modelizará una disolución en la que habrá tres tipos de partículas: agua, iones positivos e iones negativos. Se agitará la bandeja y se comprobará lo difícil que es unir los iones para formar un mineral sólido. En tercer lugar, se representará la precipitación química facilitada por el proceso de evaporación. Las partículas serán similares al caso anterior, pero las moléculas de agua serán de acero. Se dispondrá de un imán de un cierto tamaño, al que se disfrazará de «Sol». De este modo, se apreciará que, conforme se eliminen moléculas de agua, atraídas por el imán, resulta más fácil la unión de los iones para formar minerales. Este caso y el anterior se pueden realizar en la mism a bandeja.
Bandeja donde se representa la precipitación facilitada por la evaporación.
Por último, en cuarto lugar, se representará la precipitación bioinducida. Para ello, se dispondrá también de un juego de partículas similar al de los dos casos anteriores, pero con los iones positivos constituidos por material de hierro. Se disfrazará un imán a modo de bacteria. Cuando se introduzca la «bacteria» en la bandeja, atraerá a los iones positivos y facilitará la unión de partículas para formar minerales en su entorno.
Precipitación química relacionada con microorganismos, formación de biominerales.
¿Qué hizo el visitante? En algunas ocasiones se permitía a los visitantes agitar las bandejas, con el consiguiente riesgo de derramar las bolas por el suelo. El simple hecho de atraer las bolas de acero con los imanes resultaba divertido para los estudiantes. Los profesores de instituto comentaban la facilidad de realizar la actividad en una posible práctica de gabinete y preguntaban dónde podrían conseguir un guión detallado. Hay que tener cuidado al separar las bolas pegadas con velcro para no despegarlo; basta con sujetarlo al tirar.
Autor: Mª Jesús García Uribelarrea, Carmen García Callejas, Elena PonteLira Pestana, Sagrario del Olmo Olmedilla. I.E.S. Enrique Tierno Galván. Fuente: II Feria Madrid por la Ciencia 2000
Material - Arena.
Cajas
Tubo
de
hueco Cinta
de
cartón Pegamento Tijeras Harina cartón adhesiva Cartulina
Procedimiento Con estos materiales procedemos a montar una maqueta, tal como se observa en el dibujo. Los rodillos sobre los que va pegada la cartulina deben poder girar para permitir el movimiento de avance de la cartulina (placa oceánica) hacia la parte fija de la maqueta (placa continental). Sobre la cartulina se deposita harina de trigo que, con el movimiento de la cartulina, se desplazará hasta chocar con la parte fija, encima de la cual se irá amontonando, simulando la fo rmación de una cordillera.
Explicación La litosfera está dividida en grandes fragmentos llamados "placas litosféricas", que se desplazan en sentido horizontal debido a las corrientes de convección del manto. Simulamos cómo al chocar una placa oceánica con otra continental, la oceánica, debido a su mayor densidad, se desplaza por debajo de la continental (plano de Benioff) desencadenando la formación de cordilleras montañosas, como es el caso de la formación de los Andes en América del Sur.
