3.3: Formación de Minerales
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- Precipitación directamente de una solución acuosa (agua) con un cambio de temperatura
- Cristalización a partir de un magma con cambio de temperatura
- Precipitación biológica por acción de organismos
Precipitación a partir de solución acuosa
Las soluciones consisten en iones o moléculas, conocidas como solutos, disueltos en un medio o disolvente. En la naturaleza, este solvente suele ser agua. Muchos minerales se pueden disolver en agua, como halita o sal de mesa, que tiene la composición cloruro de sodio, NaCl. Los iones Na +1 y Cl -1 se separan y se dispersan en la solución.
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La precipitación es el proceso inverso, en el que los iones en solución se unen para formar minerales sólidos. La precipitación depende de la concentración de iones en solución y otros factores como la temperatura y la presión. El punto en el que un solvente no puede contener más soluto se llama saturación. La precipitación puede ocurrir cuando baja la temperatura de la solución, cuando el soluto se evapora, o con condiciones químicas cambiantes en la solución. Un ejemplo de precipitación en nuestros hogares es cuando el agua se evapora y deja una corteza de minerales en grifos, cabezales de ducha y vasos para beber.
En la naturaleza, los cambios en las condiciones ambientales pueden hacer que los minerales disueltos en el agua formen enlaces y crezcan juntos en cristales o granos de cemento de sedimento. En Utah, los depósitos de toba se formaron a partir de manantiales ricos en minerales que emergieron en la edad de hielo del lago Bonneville. Ahora expuesta en valles secos, esta toba porosa era un aislamiento natural utilizado por los pioneros para construir sus hogares con una protección natural contra el calor del verano y el frío invernal. Las terrazas de travertino en Mammoth Hot Springs en Yellowstone Park son otro ejemplo formado por la precipitación de calcita en los bordes de los estanques poco profundos alimentados por manantiales.
Otro ejemplo de precipitación ocurre en el Great Salt Lake, Utah, donde la concentración de cloruro de sodio y otras sales es casi ocho veces mayor que en los océanos del mundo [7]. Los arroyos transportan iones de sal al lago desde las montañas circundantes. Sin otra salida, el agua del lago se evapora y la concentración de sal aumenta hasta alcanzar la saturación y los minerales precipitan en forma de sedimentos. Depósitos de sal similares incluyen halita y otros precipitados, y ocurren en otros lagos como el Lago Mono en California y el Mar Muerto.
Cristalización a partir de Magma
El calor es energía que hace que los átomos de las sustancias vibren. La temperatura es una medida de la intensidad de la vibración. Si las vibraciones son lo suficientemente violentas, los enlaces químicos se rompen y los cristales se funden liberando los iones en la masa fundida. El magma es roca fundida con iones que se mueven libremente. Cuando el magma se emplaza a profundidad o se extruye sobre la superficie (entonces llamada lava), comienza a enfriarse y se pueden formar cristales minerales.
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Precipitación por Organismos
Muchos organismos construyen huesos, conchas y coberturas corporales extrayendo iones del agua y precipitando minerales biológicamente. El mineral más común precipitado por los organismos es la calcita, o carbonato de calcio (CaCO3). La calcita a menudo es precipitada por organismos como un polimorfo llamado aragonita. Los polimorfos son cristales con la misma fórmula química pero diferentes estructuras cristalinas. Invertebrados marinos como corales y almejas precipitan aragonita o calcita por sus conchas y estructuras. Al morir, sus partes duras se acumulan en el fondo oceánico como sedimentos y eventualmente pueden convertirse en piedra caliza de roca sedimentaria. Aunque la piedra caliza puede formarse inorgánicamente, la gran mayoría está formada por este proceso biológico.
Otro ejemplo son los organismos marinos llamados radiolarios, que son zooplancton que precipita sílice para sus conchas externas microscópicas. Cuando los organismos mueren, las conchas se acumulan en el fondo oceánico y pueden formar la roca sedimentaria. Un ejemplo de precipitación biológica del mundo vertebrado es el hueso, el cual está compuesto principalmente por un tipo de apatita, un mineral en el grupo fosfato. La apatita que se encuentra en los huesos contiene calcio y agua en su estructura y se llama hidroxicarbonato apatita,\(\ce{Ca5(PO4)3(OH)}\). Como se mencionó anteriormente, tales sustancias no son técnicamente minerales hasta que el organismo muere y estas partes duras se convierten en fósiles.