Roques i minerals

Són els materials sòlids, inorgànics i d'origen natural, que tenen una composició química determinada i una estructura atòmica ordenada.

Els àtoms que constitueixen un mineral no s'agrupen de qualsevol manera, sinó que s'ordenen de forma tridimensional i irregular, i formant estructures cristal·lines. Alguns reben noms de cristalls quan presenten una forma geomètrica externa (amb cares planes) que es el reflex de la seva simetria interna.

També n'hi ha que no presenten cap ordre intern (no tenen estructura cristal·lina, sinó amorfa); són els mineraloides.

Els minerals es poden formar per dos mecanismes:

• Cristal·lització a partir de fluids:

S'originen: dissolució aquosa per evaporació del dissolvent (guix)

per refredament del magma (quars)

per sublimació de vapors (sofre)

• Transformació en estat sòlid:

Es formen quan es produeixen canvis en les condicions ambientals (sobretot de temperatura i pressió). Llavors es produeix un nou mineral a partir d'un altre mineral preexistent, i pot canviar la forma i la mida dels minerals (recristal·lització). Pot ser que hi hagi canvis polimorfs (moltes formes), amb modificació de l'estructura mineral sense canviar la seva composició, o bé que es formin nous minerals per transferència de ions.

N'hi ha de dos tipus:

• Escalars:

No depenen de la estructura interna del mineral i per tant no varien en la direcció de la mesura.

• Hàbit: és l'aparença o forma externa que està cristal·litzat (amb forma d'agulla, arbre, d'esfera, etc.).

• Densitat: és la relació que hi ha entre la massa d'un mineral i el seu volum. En general va de 2,5g/cm3 a 4,5g/cm3. Diem que un mineral és lleuger si la seva densitat és inferior a 1g/cm3, normal si va de 2 a 4g/cm3, i pesat si sobrepassa els 4g/cm3.

• Punt de fusió: és la temperatura a la qual es fon un mineral; és a dir, és la temperatura a la qual un mineral passa de sòlid a líquid. Cada mineral té un punt de fusió fix i característic. Es mesura amb l'escala de Kobell.

• Vectorials:

Depenen de la mesura interna del mineral i per tant varien segons la direcció de la mesura. Necessiten tres valors (intensitat, direcció i sentit).

• Propietats mecàniques: estan relacionades amb la cohesió (resistència d'un cos a separar-se) i indiquen el comportament d'un mineral quan se li aplica una força determinada.

• Duresa: és la resistència que presenta la superfície d'un mineral a ser rallada. Es determina per comparació amb els minerals de l'escala de Mohs, que ordena deu minerals segons la seva duresa assignant-los un valor numèric i on cada mineral de l'escala és capaç de rallar els de grau inferior, i es rallat pels de grau superior.

• Tenacitat o elasticitat: és la resistència que presenta un mineral a trencar-se (tenacitat) o deformar-se (elasticitat). Segons la tenacitat en aplicar-los un esforç, els minerals és divideixen en sis categories que, de grau més petit a més gran, són:

• Fràgil: es trenca fàcilment.

• Mal·leable: es pot trencar en làmines fines.

• Sèctil: amb un ganivet, es pot trencar en encenalls.

• Dúctil: pot ser estirat com un fil.

• Flexible: pot ser doblegat de forma irreversible (no recupera la forma original).

• Elàstic: pot ser doblegat i recupera la forma original.

• Fractura: és l'aspecte en què queda un mineral quan es trenca de forma irregular. La fractura pot ser: fibrosa, estellosa, terrosa, o concoïdal.

• Exfoliació: és la propietat que tenen alguns minerals en trencar-se en làmines (calcita).

• Propietats òptiques: són les que fan referència al comportament dels minerals en relació amb la llum.

• Color: és una de les característiques més visibles, però no és del tot fiable, perquè alguns minerals poden presentar diferents colors. Així, hi ha minerals idiocromàtics (tenen un color propi i determinat) i minerals alocromàtics (no presenten color propi sinó que tenen una gamma de colors molt variada). Per això és millor utilitzar la ratlla de color (color de la pols del mineral, i que s'obté ratllant el mineral sobre porcellana)

• Brillantor o lluïssor: aspecte que ofereix el mineral quan la llum el reflecteix.

• Birefringència: defineix el desdoblament de la llum en travessar el mineral. Els raigs de llum es desdoblen en dos raigs de llum refractats.

• Propietats magnètiques: es relacionen amb el comportament de certs minerals davant d'imants de ferro. Hi ha minerals paramagnètics (són atrets pels imants, com la magnetita) i minerals diamagnètics (són repel·lits pels imants).

• Propietats elèctriques: relacionen els minerals amb el seu comportament com a conductors elèctrics. Hi ha minerals conductors (com els metalls que són bons conductors de la calor i la electricitat) i minerals no conductors.

A més, hi ha altres propietats: la fluorescència, la fosforescència, la radioactivitat, etc.

Actualment es coneixen uns 3.000 minerals, que classifiquem, segons la seva composició i estructura cristal·lina, en vuit classes:

I Elements natius: formats per un sol element químic, com el Cu, S, Au (or), Ag (plata), i el diamant i el grafit, que són dues formes del C.

II Sulfurs i compostos afins: combinacions sense origen de diversos elements metàl·lics o metal·loides amb S, Bi (bismut), As (arsènic) o altres. Tenen un aspecte metàl·lic. Exemples: galena i la blenda.

III Halurs o sals: combinacions de metalls amb elements halògens com el fluor o el clor (a vegades, a més a més, aigua). Exemples: halita o silvina.

IV Òxids i hidròxids: combinacions de metalls amb oxigen o amb grups hidroxil (OH): (limonita i la magnetita)

V Carbonats, nitrats i borats: són oxisals combinades amb metalls (malaquita o calcita).

VI Sulfats, cromats, molibdats i wolframats: són oxisals amb metalls, però tenen un aspecte no metàl·lic i una duresa baixa (guix).

VII Fosfats, arseniats i vanadats: combinacions de P, Ar, V (vanadi) amb oxigen. Són minerals poc abundants (guix o baritina)

VIII Silicats: són els més abundants (són el 25% de tots els minerals coneguts, i el 90% del volum de l'escorça terrestre). Contenen Si i O, i formen una unitat fonamental comuna a tots els minerals del grup, que és SiO4-, amb forma de tetràedre regular anomenat tetràedre de sílice.

Hi ha diferents maneres d'enllaçar tetràedres de sílice:

• Tectosilicats: els tetràedres s'uneixen entre ells i formen una xarxa tridimensional (quars), en la qual alguns àtoms de Si poden ser substituïts per Al.

• Filosilicats: els tetràedres de sílice formen capes unides per diferents cations.

• Inosilicats: els tetràedres formen cadenes, que s'uneixen entre si per cations. Si les cadenes són senzilles formen els piroxens, i si són dobles els amfíbols.

• Ciclosilicats: els tetràedres formen anells.

• Sorosilicats: els tetràedres formen parelles.

• Nesosilicats: presenten tetràedres independents.

Són agregats d'un o més minerals en unes proporcions determinades. Cada roca té uns minerals fixos (minerals essencials) i a més, uns minerals accessoris que poden ser-hi o no, i no modifiquen la naturalesa de la roca.

Segons el seu origen hi ha tres tipus de roques:

• Roques magmàtiques (ígnies = foc): roques endògenes (formades a l'interior de l'escorça) per solidificació del magma. És a dir, es formen a partir del refredament i solidificació del material fos a l'interior de l'escorça, o del mantell superior, anomenat magma.

Quan la temperatura o la pressió del magma disminueixen, comencen a cristal·litzar els seus components minerals i es formen les roques magmàtiques.

La majoria de processos de cristal·lització són reaccions contínues, que tenen lloc sota condicions d'equilibri, entre material fos i els cristalls formats. També hi ha reaccions discontínues, que es caracteritzen per la discontinuïtat en la formació de fases minerals.

Exemple: granit

En les roques magmàtiques són importants molts aspectes, com la textura (forma, mida, i distribució dels diferents materials que formen la roca) que ens indica les condicions físicoquímiques que van originar cada tipus de roca.

Hi ha diferents textures:

• Textura granuda: tota la roca està cristal·litzada amb cristalls més o menys del mateix volum, que són visibles a ull nu. Si els cristalls són de volum centimètric, parlem de textura pegmatítica, si són més petits d'un o dos mil·límetres, s'anomena textura aplítica.

• Textura afanítica: els cristalls NO són visibles a ull nu. Es distingeixen diversos tipus de textura afanítica:

• Textura porfírica: és la combinació de les dues anteriors, ja que la roca presenta uns cristalls grans visibles a ull nu, anomenats fenocristalls i cristalls molt petits només visibles al microscopi, anomenats microcristalls i que formen la matriu.

Segons l'origen es classifiquen en tres grups:

• Roques plutòniques: la solidificació del magma es lenta i té lloc en profunditat, en unes zones anomenades plutons (grans masses de roques magmàtiques cristal·litzades a l'interior de la Terra). Al perdre calor lentament, tots els minerals disposen de temps suficient per cristal·litzar, i tenen textures granudes, formades per cristalls que tenen aprox. la mateixa mida (2-10 mm). La més important i abundant és el granit, formada per quars, feldspat i mica.

• Roques volcàniques: es formen quan el magma arriba a la superfície terrestre i surt a l'exterior en forma d'erupció volcànica (refredament molt ràpid). Presenten textures afanítiques amb material en estat amorf (vidre) i a vegades amb bombolles produïdes per els gasos, o bé textures porfíriques amb fenocristalls envoltats d'una matriu de gra microscòpic.

Ex. basalt o pedra tosca

• Roques filonianes: s'origina quan el magma s'obre pas cap a la superfície a través d'esquerdes o filons i se solidifica en el seu interior. La majoria presenten textura porfírica o afanítica amb cristalls sense mida uniforme.

Ex. aplita

• Roques metamòrfiques: també són endògenes, però formades a partir d'altres roques a causa d'altres pressions o altes temperatures a l'interior de l'escorça. El metamorfisme és la transformació estructural i mineralògica de les roques que té lloc en estat sòlid (sense fusió), com a conseqüència de l'augment de la pressió i la temperatura.

La classificació de les roques metamòrfiques es basa en la seva textura i composició. A causa de la pressió, els minerals que les formen poden orientar-se i donar lloc a l'esquistositat (textura que provoca el trencament de la roca en superfícies planes).

Segons la presència o no d'esquistositat, les classificarem en:

• Roques sense esquistositat: marbre, quarsita, cornubianites, amfibolites i migmatites.

• Roques amb esquistositat: pissarres, fil·lites, esquists i gneis.

• Roques sedimentàries: roques exògenes (formades a l'exterior, és a dir, a la superfície terrestre) com a resultat de processos d'erosió, transport, sedimentació, o processos biològics.

Estan formades per tres classes de components o partícules:

• Clasts: fragments de roca erosionats i transportats.

• Cristalls: formats per precipitació química en medi aquós.

• Fòssils: restes esquelètiques d'éssers vius. Si estan trencats s'anomenen bioclasts.

Aquests components se sedimenten i formen capes. Amb el pas del temps, les capes es transformen en roques sedimentàries. Aquest procés s'anomena diagènesi o litificació.

Aquesta transformació segueix tres passos:

• Compactació: les partícules s'agrupen i provoquen una reducció del volum, una disminució de la porositat, una expulsió dels fluids i un augment de la densitat.

• Cimentació: els espais buits entre les partícules es farceix amb els productes precipitats del material soluble que circula entre els espais del sediment (quars, guix, oligist).

• Recristal·lització: a vegades es formen nous minerals perquè les partícules del sediment reaccionen amb aigües subterrànies que porten ions.

Les roques sedimentàries, segons la naturalesa dels seus components, es classifiquen en:

• Detrítiques: formades per l'acumulació de clasts que han estat disgregats, arrencats i transportats fins al lloc del dipòsit. En funció del volum de clasts es poden subdividir en tres grups:

• Conglomerats: pudinges (si els clasts són arrodonits) i bretxes (si els clasts són angulosos).

• Gresos: arenisca

• Lutites: argil·lites, margues, llimolites.

• No detrítiques: roques formades per el resultat de la precipitació de diferents ions, minerals dissolts a l'aigua, o bé de restes procedents d'organismes.

• Roques carbonatades: tenen com a component principal els carbonats, en forma de calcària i dolomita. Les més importants són les calcàries.

• Roques evaporites o salines: formades per precipitació de sals (calcita, guix, halita i silvina) en mars interiors, llacs o albuferes.

Són altament plàstiques i formen una estructura anomenada diapir (estructures geològiques en formes originals).

• Roques silíciques: roques d'origen orgànic formades per l'acumulació de sílice.

• Roques orgàniques: roques que contenen matèria orgànica. En aquest grup destaquen:

• Els carbons: es formen en ambients pantanosos a partir de restes vegetals.

• El petroli: és una barreja d'hidrocarburs sòlids, líquids i gasosos i d'una gran quantitat de substàncies orgàniques i inorgàniques.

L'origen del petroli és al mar. En regions poc profundes de les plataformes continentals (voregen els continents) es pot produir un dipòsit de matèria orgànica (plàncton) barrejada amb sediments. Quan manca oxigen, perquè la matèria orgànica es cobreix per capes de sediments, es provoca una descomposició bacteriana, que dóna lloc a la formació d'una pasta anomenada querogen.

Un jaciment mineral és un agregat d'origen mineral que es troba a l'escorça terrestre i que es pot explotar econòmicament.

És a dir, són concentracions anòmales de determinades substàncies minerals. Si simplement, el que hi ha és un determinada quantitat de mineral, però la seva extracció no és rendible, es parla de mineralitzacions.

Podem classificar les mineralitzacions i els jaciments minerals, per exemple, d'acord amb el procés geològic que els ha originat:

• Jaciments filonians: estructures planes, relacionades en general amb fractures (falles o diaclàses). S'anomenen mineralitzacions filonianes o filons i constitueixen una de les bases de la mineria tradicional (plom, coure, ferro).

• Jaciments de concentració magmàtica: concentracions de determinats minerals que s'han generat durant la solidificació d'un magma (mercuri).

• Jaciments de metamorfisme de contacte: es formen a partir del contacte entre intrusions plutòniques i roques sedimentàries. Quan les roques sedimentàries són calcàries es parla de jaciments de tipus skarn (talc).

• Jaciments de metamorfisme regional: concentracions de minerals prèvies que són afectades per un augment de pressió i temperatura, i que donen lloc a noves concentracions minerals.

• Jaciments sedimentaris estratiformes: la seva forma es tabular i concordant amb els estrats. Són importants les mineralitzacions sedimentaries d'òxids de ferro, de plom i de zenc. Un grup especial són els de tipus red-bed, que es troben entre estrats de conglomerats i gresos vermells.

• Jaciments d'oxidació i enriquiment supergènic: estan associats als sòls i es formen com a conseqüència de la meterotizació química produïda per les roques que afloren en superfície.

• Jaciments de sublimació: es donen quan cristal·litzen minerals a partir de substàncies gasoses. Són característics de zones volcàniques i es produeixen en els cràters i en zones de fumaroles (mineralitzacions de sofre).