Cátedra de Geología General Guía de Trabajos Prácticos

Transcripción

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2 ...Al final, resultó ser un pequeño planeta, que orbita alrededor de una estrella común y corriente llamada Sol, una de las tantas... ubicada en un barrio periférico de una galaxia nada especial, llamada Vía Láctea, que es una más de las tantas que forman el denominado Cúmulo Local de Galaxias, un cúmulo más, de los miles de millones que pueblan el universo. Pero aún así, Tierra hay una sola, las demás...

3 La presente es una ayuda para el alumno que cursa la materia Geología General, correspondiente al 1º año de la Carrera de Geología. Es importante recalcar el carácter de guía o ayuda, ya que solamente aporta las líneas generales para que el alumno se maneje mejor en la parte práctica de la materia, descartando su utilización para algunos temas vinculados a la parte teórica, pues para ésta se debe recurrir a la bibliografía recomendada. Aquí se podrá encontrar el programa práctico de la materia, pudiendo contar con una síntesis de los temas desarrollados en cada clase práctica, como así también las tareas que se le exige al alumno durante su desarrollo. Cuerpo Docente: Dr. Edgardo G. Baldo, Profesor Titular Dr. Juan A. Murra, Profesor Adjunto Dra. Gilda Collo, Profesora Asistente Dr. Sebastián Verdecchia, Profesor Ayudante

4 ÍNDICE Página INTRODUCCIÓN A LA PROSPECCIÓN Y CARTEO GEOLÓGICO Generalidades..1 Ubicación de una posición en el espacio.1 Orientación..3 Escala..5 Estudio de mapas topográficos 6 Determinación de la altitud de un punto...10 Pendiente o gradiente 12 Perfiles topográficos..13 Exageración vertical de perfiles topográficos...15 Que es, y como mirar un mapa geológico.16 LAS BRÚJULAS GEOLÓGICAS: GENERALIDADES, MANEJO Y APLICACIÓN Introducción..18 Tipos de mediciones..18 Elementos de una brújula..19 Tipos de brújulas...21 Para que se utiliza la brújula en geología?...22 Declinación magnética..24 INTRODUCCIÓN A LA MINERALOGÍA Conceptos básicos.26 Clasificación de los minerales..27 Reconocimiento macroscópico.29 Color..29 Dureza...31 Brillo..32 Color de la raya.33 Densidad 33 Exfoliación, fractura y maleabilidad.34

5 Página Otras propiedades de los minerales...36 Hábito y forma cristalina Morfología del agregado...37 INTRODUCIÓN A LAS ROCAS Las rocas de la Tierra 45 El ciclo de las rocas...47 Tectónica de placas y el ciclo de las rocas 50 Como se clasifica una roca?...51 Las rocas ígneas 53 Minerales comunes en las rocas ígneas.54 Clasificación de las rocas ígneas...54 Las rocas sedimentarias.55 Desde el sedimento a la roca sólida..56 Minerales comunes en las rocas sedimentarias.58 Clasificación de las rocas sedimentarias...58 Rocas metamórficas..65 Factores del metamorfismo...65 Intensidad del metamorfismo 66 Ambientes metamórficos y tipos de metamorfismo..68 Minerales comunes en las rocas metamórficas.70 Clasificación de las rocas metamórficas...71 Textura..71 Clasificación y nomenclatura 74 Los prefijos orto y para.76 Donde y cómo vemos las rocas?...77 Bibliografía de consulta ANEXOS Trabajos prácticos Programa teórico - práctico

6 INTRODUCCIÓN A LA PROSPECCIÓN Y CARTEO GEOLÓGICO Generalidades Los mapas son representaciones gráficas en proyección horizontal de la superficie terrestre donde queda expresada la situación, relación, tamaño y forma de las características de un área. El mapa topográfico es una representación gráfica que muestra la forma, dimensiones y distribución de los caracteres más notorios de una región, proyectados en un plano horizontal (proyección ortogonal o normal). Los caracteres que se representan son el relieve (cerros, lomas, valles, planicies, etc.), la red de drenaje y los cuerpos de agua (ríos, arroyos, bañados, lagos, lagunas, etc.), las costas marítimas y las obras realizadas por el hombre, denominadas colectivamente obras de arte (poblaciones, caminos, puentes, etc.). Todos estos caracteres se representan mediante signos convencionales acerca de los cuales se da una referencia en el margen del mapa. También en estos mapas se expresan los límites políticos y la toponimia. Existen distintos tipos de mapas: a) Planimétricos, son los que incluyen los detalles naturales o artificiales que se encuentran en el terreno (rutas, vías férreas, escuelas, vegetación, hidrografía, etc.). b) Planialtimétricos, son aquellos donde además de los rasgos anteriores se representa la morfología del terreno, en cuanto a las formas que componen el relieve (llanuras, mesetas, serranías, etc.), por ejemplo mapas topográficos. Ubicación de una posición en el espacio Una de las primeras condiciones imprescindibles en el estudio de la superficie terrestre es poder definir la posición de cualquier punto sobre ella; es decir, situar lugares en la superficie de la Tierra por medio de determinaciones de latitud y longitud, las cuales conforman un sistema cartográfico de referencia. 1

7 Latitud, define la posición de un punto con relación al Ecuador, al Polo Norte o al Sur. De todas las líneas de latitud (paralelos) únicamente el Ecuador es un círculo máximo, o sea el mayor que puede trazarse alrededor del globo (Fig. 1). La latitud se mide de 0 a 90º hacia el norte o hacia el sur a partir del Ecuador. Son condiciones características de los paralelos: Todo paralelo es paralelo a otro. Todo paralelo representa una línea Este Oeste (geográfico). Todo paralelo intercepta a los meridianos en un ángulo recto (excepto en los polos). Infinitos números de paralelos pueden dibujarse en el globo, o dicho de otra manera, cualquier punto del globo, excepto el Polo Norte y Sur, cae en un paralelo. N LATITUD NORTE O ITUD OESTE LONG PRIMER MERIDIANO ECUADOR LONGITUD ESTE E LATITUD SUR S Figura 1. Longitud, define la posición en relación al meridiano principal. Un meridiano se define como la diferencia mas corta a lo largo de la semicircunferencia entre dos polos. Todos los meridianos pasan por ambos polos, de modo que constituyen ejemplos de círculos máximos, que son círculos que tienen su centro en el centro del globo. 2

8 Cada lugar tiene su propio meridiano medido en grados Este u Oeste en referencia al meridiano principal, normalmente el meridiano de Greenwich, el que pasa por el Royal Observatory ubicado en la localidad inglesa del mismo nombre. La longitud varia entre 180º al E y 180º al O. Son condiciones características de los meridianos: Todo meridiano corre en dirección Norte Sur. Todos los meridianos convergen hacia un punto en ambos polos. Infinitos números de meridianos pueden ser dibujados en el globo. Existe un meridiano para cualquier punto sobre el globo. Un punto sobre la superficie terrestre tiene un valor de latitud y un valor de longitud, y por el se cruzan un paralelo con un meridiano. Orientación Para conocer la situación de un rasgo natural o artificial (sea ésta una línea de ribera o un edificio) es necesario hacer referencia a los puntos cardinales Norte, Sur, Este y Oeste (Fig. 2), como así también a puntos de referencia auxiliares. La herramienta más común para determinar la posición del norte magnético es la brújula. En la mayoría de los mapas, el rumbo de la brújula suele estar indicado por una flecha debidamente orientada hacia el norte verdadero. El ángulo entre el norte geográfico y el magnético se denomina declinación magnética. 3

9 N NO NE NNO NNE O ONO OSO ENE ESE E SSO SSE SO SE S Figura 2 Orientación del mapa Los mapas topográficos se orientan mayormente con el norte geográfico (NG), pero también pueden ser orientados de acuerdo al norte magnético (NM), y/o el norte de cuadrícula (NC). NG NC NM = declinación magnética Figura 3 Norte geográfico, es la dirección del meridiano geográfico del lugar, el cual queda definido por la dirección del sol en el mediodía astronómico (que en la República Argentina no coincide con el mediodía civil de la hora oficial). Este dato, complicado de obtener, en el mapa queda materializado por la dirección de los meridianos. 4

10 Norte magnético, es la dirección del meridiano magnético del lugar, materializado por la orientación que toma la aguja magnética de la brújula. En las hojas topográficas del Instituto Geográfico Militar (IGM) se expresa la declinación magnética (Fig. 3), es decir, el ángulo que forma el NM con el NG a la fecha de la confección del plano. Norte de cuadrícula, Es la dirección de las líneas verticales del reticulado de las hojas topográficas del IGM, las cuales son paralelas al meridiano central de la hoja 1: , pero difieren en un pequeño ángulo de cualquier otro meridiano contenido en la hoja. En la práctica se puede asimilar (si la precisión no es la forma) el norte de la cuadrícula al norte geográfico. Escala Representa la relación constante entre las medidas del mapa y las medidas reales (las del terreno), que permiten trasladar proporcionalmente todas las dimensiones de la superficie al mapa. Esta relación dimensional queda expresada con el cociente E=l/L, donde l es la longitud medida sobre la carta y L es la longitud medida sobre el terreno. Por ejemplo, si dos puntos distan en el terreno 4 km y sobre el mapa 10 cm, la escala será: E=10cm ; 10 cm ; 1 o bien 1: km cm Entonces, si un mapa indica una escala 1: , querrá expresar que por cada unidad de medida en el mapa existen unidades en el terreno. A las escalas citadas se las denomina numéricas pero también puede efectuarse una representación gráfica a partir de una recta dividida en partes iguales, donde cada una de ellas es la unidad de longitud de la escala del mapa. Habitualmente la unidad es el kilómetro. Se la representa como un segmento de recta graduado de izquierda a derecha (Fig. 4); en ocasiones 5

11 se le agrega un segmento más a la izquierda del cero, dividido en fracciones menores, llamado talón. ESCALA 1: m km Figura 4 Estudio de mapas topográficos El mapa topográfico es el que expresa la forma, dimensiones y distribución de los rasgos morfológicos de la superficie terrestre expresados en dos dimensiones, es decir, proyectado sobre un plano. Como plano de proyección se toma el horizontal y sobre él se proyectan los puntos del relieve que están situados a la misma altitud (Fig. 5). Las líneas que unen los puntos que tienen la misma altitud sobre el nivel del mar se llaman curvas de nivel; la altitud de un punto se llama cota. La diferencia de altitud entre dos curvas consecutivas es constante para cada mapa y recibe el nombre de equidistancia. Si en un mapa leemos que la equidistancia es de 5 m, indica que dos puntos situados en curvas contiguas se encuentran separados 5 m verticalmente. La cota de cualquier curva de nivel se calcula conociendo el valor de una de ellas y la equidistancia. Se debe recalcar que las curvas de nivel nunca se cortan. Esto se ve reflejado en la figura 5 en donde se representa a las curvas de nivel por la intersección de un plano horizontal con la superficie del terreno. Si esta superficie es interceptada por planos horizontales, las líneas que resulten de esto jamás podrían cortarse por ser paralelos. En los mapas topográficos se suele representar también la red hidrográfica, vías férreas, carreteras, caminos, vegetación, etc. 6

12 Figura 5 Las curvas de nivel se pueden dividir en (Fig. 6): Principales, que son directrices a partir de las cuales se dibujan las restantes. Son curvas de equidistancias que responden a cifras enteras y se dibujan con líneas más gruesas que las restantes. Además de ser las guías, se utilizan para facilitar la lectura y dar expresión al relieve. Intermedias, son curvas de equidistancia representando el valor unitario de variación de nivel de curvas contiguas. Se dibujan con líneas continuas y delgadas. Auxiliares, representan el relieve local de las intermedias, que no alcanzan la equidistancia. Se utilizan excepcionalmente, dibujándose con líneas punteadas. 7

13 Curva auxiliar 625 Loma Bola Curva intermedia Curva directriz Lomas de San pedro Figura 6 Propiedades de las curvas de nivel Para visualizar las formas del terreno mediante curvas de nivel se debe realizar la lectura del mapa topográfico donde se tendrá presente que: a) Todas las curvas de nivel son cerradas, aunque a veces no se observa esto dadas las dimensiones del mapa. b) Si la traza de la curva es suave, la superficie topográfica será también suave; por el contrario, cuanto mas irregulares son las curvas, mas irregular es el terreno. c) A mayor separación de las curvas, menor será la pendiente y viceversa. d) En los valles, las curvas de nivel se inflexionan formando una V cuyo vértice apunta aguas arriba. 8

14 e) Las curvas presentan también forma de V en espolones, escarpas y promontorios (terminaciones de serranías, cabos, etc.). En estos casos el vértice de la V apunta a la menor altitud. f) Cuando las curvas de menor altura rodean a las de mayor altitud tenemos una elevación. g) Si las curvas de mayor altura rodean a las de menor altitud, tendremos una depresión. h) Cuando la pendiente es uniforme las curvas son equiespaciadas y la separación será en función de la pendiente pero no de la equidistancia. i) Cuando las curvas se superponen hasta dar casi una línea tenemos un acantilado o un barranco. Esto se marca en el mapa con trazos perpendiculares a las curvas. j) Cuando las curvas se aprietan en la dirección que disminuye la altura la pendiente es convexa. Donde se acercan al aumentar la altura, ésta es cóncava. Trazado de curvas de nivel La precisión de un mapa topográfico dependerá del número de puntos determinados en el levantamiento y de la escala; es decir, que cuanto mayor es la escala tanto mayor será la posibilidad de detalle. Estos conceptos se hacen extensivos al trazado de las curvas de nivel, dado que materialmente es imposible medir cada punto a lo largo de la curva, efectuándose el trazado de las mismas a través de una densidad de puntos acotados, convenientemente distribuidos en el terreno, interpolándose los restantes. Es obvio que cuanto mas densa es la red altimétrica, mas precisa será la representación del relieve. Método En la figura 7 se han representado una serie de puntos acotados, según la equidistancia de 10 m. La interpolación de las curvas se puede realizar de la siguiente manera: 9

15 100 m 150 m 200 m Figura 7 1- Se marcarán las curvas directrices en las cotas 100, 150 y 200 m, empezando por la de menor altitud. Así, para trazar la curva de 100 m se habrán de considerar los siguientes pares de puntos acotados: 80 y 110, 80 y 120, 90 y 120, 90 y 130, los que se unen por segmentos. 2- Luego se divide la magnitud que separa cada par de puntos en segmentos iguales, correspondientes a 10 m de desnivel cada uno, y así sucesivamente se van interpolando las otras curvas directrices. 3- Posteriormente se interpolan por el método anterior y/o a mano alzada las curvas intermedias, de acuerdo a la equidistancia. Determinación de la altitud de un punto Cuando se desea conocer la cota de un punto intermedio situado entre dos curvas de nivel, se procede de la siguiente manera: 10

16 100 m 90 m B C A AB= x= 3,6 CM CB= x = 2,2 cm Eq= 10 m y= 2, cm= 611,1cm= 3,6 6,11m 100 cot a c= 90 m + 6,11m = 96,11m Y 90 Y X X 1- Se traza una línea que contenga el punto buscado lo mas perpendicular posible a las dos curvas. 2- Se mide la magnitud en cm entre las dos curvas de nivel (AB)= x. 3- Se mide la magnitud en cm entre el punto a determinar y la curva de menor valor (CB)= x. 4- La equidistancia es conocida (y= 10 m). 5- Por semejanza de triángulos se obtiene la cota del punto buscado, que corresponde al valor de la ordenada y. y = x, luego es: y = x. y y x x 11

17 Pendiente o gradiente Expresa la inclinación del terreno en forma angular, numérica o porcentual. Representa la inclinación regional o de una ladera o flanco, tanto de carácter subácueo como subaéreo. B h P= h d A d C Numérica, esta razón se expresa en función de la diferencia de altura ( h)y la distancia horizontal (d). h Pendiente (P)= ; Ej. h = 5 m y d = 50 m d P = 0,1 Porcentual, es la pendiente numérica por cien. h d. 100 ; 0, = 10 % Angular, se expresa en función de la tangente del ángulo vertical ( ) tg = sen cos = h = 0,1 ; luego arc tg 0,1 = 5º 48 d 12

18 Perfiles topográficos Un perfil topográfico es un diagrama que muestra la superficie del terreno (o topográfica), tal como aparece en un plano vertical. El perfil consta esencialmente de cuatro líneas que cierran el espacio, siendo estas: la base del perfil (horizontal), las dos extremas (verticales), y la de la superficie topográfica (irregular). Esta última constituye el perfil propiamente dicho. La línea horizontal de base se traza a una distancia conveniente por debajo del punto mas bajo del relieve a representar. La traza del perfil corresponde a la línea que se señala en el mapa, con el fin de localizar el perfil cuyo relieve se quiere representar. Todo perfil tiene orientación y escala vertical y horizontal. La escala horizontal se establece en las mismas unidades planimétricas del mapa, sobre la línea base, y la escala vertical en unidades convenientes a la representación altimétrica, sobre la línea perpendicular de la base. Si ambas escalas son iguales, el perfil se denomina natural y las pendientes aparecerán con su verdadero valor. En cambio, en terrenos de suave desnivel (planicies), la escala vertical se exagera a fin de destacar los pequeños accidentes del relieve. Este tipo de perfil se denomina exagerado o sobrealzado; en cualquier caso es preferible, en lo posible, el uso de la escala natural. Construcción de un perfil 1- Se traza en el mapa un segmento de recta (traza de un perfil) entre los puntos A y B (Fig. 8). 2- Se coloca sobre dicha línea el borde recto de una hoja de papel cuadriculado o milimetrado y se marcan sobre este cada punto en donde una curva de nivel corta la línea AB, así como cada punto donde un curso de agua corta esa misma línea. Se anotan también los valores de cota de cada intersección. 13

19 B A AB Escala 1: Equidistancia: 10 m Figura 8 3- Se traza sobre el papel cuadriculado la línea de base del perfil, y en sus extremos las perpendiculares a la base (Fig. 9). 4- Sobre el eje vertical de la izquierda se marcan los valores, según la equidistancia y la escala vertical elegida. 5- En cada valor del eje vertical se trazan paralelas a las líneas de base y desde cada punto de intersección del eje horizontal anteriormente determinado, se trazan perpendiculares a las líneas de base, cuya altura será a escala el valor de la curva de nivel correspondiente. 6- Se unen todos los puntos así determinados, obteniéndose la línea de perfil topográfico buscado. Los cursos de agua que puedan aparecer en un perfil se marcan con una pequeña muesca. 14

20 Cátedra de Geología General Alturas (mts) Perfil topográfico 110 Base del perfil 100 A A B B Figura 9 Escala horizontal 1:5.000 Escala vertical 1:2.000 Exageración vertical de perfiles topográficos Los perfiles son comúnmente dibujados con una escala vertical que es diferente a la escala horizontal. Esta diferencia, generalmente se traduce en una exageración vertical, y sirve para resaltar algunas características que de otra manera no podría mostrar el perfil. La cantidad de exageración vertical es determinada por la relación de la escala horizontal del mapa (por ejemplo, 1 cm es 1 km) con la escala vertical sobre el perfil, (por ejemplo, 1 cm es 100 m). Para calcular la exageración vertical del perfil, primero se convierte la escala horizontal y la vertical a las mismas unidades. Por ejemplo: La escala horizontal es 1 cm km que es lo mismo que 1 cm m La escala vertical es 1 cm m Lo próximo es dividir el número de m x cm en la escala horizontal (del mapa), por el número de m x cm de la escala vertical (del perfil): 15

21 1 cm (horizontal) = 1000 m = 10 1 cm (vertical) 100 m La exageración vertical es de 10 veces (10x). Esto significaría, en este ejemplo, que la distancia que representa una diferencia vertical en elevación de 25 m en un perfil, podría representar una distancia horizontal de: 25 m x 10 = 250 m, en la escala horizontal. Que es, y como mirar un mapa geológico Un mapa es por definición, la proyección a un plano horizontal y a una escala definida, de alguna particularidad del terreno, como ser su topografía, su red vial, etc. Un mapa geológico es, por lo tanto, la proyección en un plano horizontal de las características geológicas de una región, es decir, los distintos tipos de rocas con sus edades, formas geométricas y las estructuras tectónicas como fallas, pliegues, foliaciones y lineaciones. El mapa Geológico es el documento básico que el geólogo utiliza para mostrar la geología de una región. A partir de éste debe ser posible realizar cortes o perfiles geológicos, es decir una proyección a un plano vertical. La combinación de mapa y corte geológico permite visualizar la geología de una región en sus tres dimensiones. Que ver en un mapa geológico? 1- Ubicación: ubicar el mapa en su contexto geográfico y dentro de otro de escala menor. 2- Coordenadas límites del mapa. 3- Escala del mapa, numérica y gráfica. 4- Referencias del mapa: litológicas, estructurales, topográficas, cartográficas y abreviaturas. 5- Equidistancia de las curvas de nivel. 6- Tipos de materiales cartografiados (tipos de rocas). 7- Edades de los materiales cartografiados. 8- Tipos de estructuras tectónicas representadas. 16

22 9- Yacimientos de interés económico representados. 10- Perfiles geológicos vinculados al mapa. 11- Distribución topográfica de los materiales (qué hay en las partes altas y qué en las partes bajas). 12- Columna estratigráfica de la región (ordenamiento en vertical de los materiales según su edad). 17

23 LAS BRÚJULAS GEOLÓGICAS: GENERALIDADES, MANEJO Y APLICACIÓN Introducción Para el trabajo del geólogo la brújula es algo imprescindible, y a pesar de tratarse de un instrumento sencillo, el principiante suele tener dificultades en su uso correcto; incluso el profesional a veces comete errores debido a la falta de una práctica continua o al uso de modelos no conocidos, ya que existen muchos tipos de diferente construcción y sistema de lectura. Básicamente, la brújula es un instrumento constituido por una aguja imantada que gira libremente en un plano horizontal sobre un pivote, o flotando sobre un líquido. La aguja se va a orientar en una dirección aproximada norte - sur. Para lograr mayor precisión en la medición se utiliza un limbo graduado aplicado en el perímetro de la brújula y en cuyo centro gira la aguja. Lo que se obtiene con la brújula es el ángulo entre una dirección cualquiera y el norte magnético, dado por la aguja imantada. Se debe tener siempre en cuenta que la brújula no indica el norte geográfico sino el magnético. El ángulo que forman estas dos direcciones (el norte geográfico y el norte magnético) se denomina declinación magnética. Tipos de mediciones La medición se debe realizar a partir del meridiano de referencia, sea geográfico o magnético, habiendo dos formas principales: a) Medición azimutal, en donde se mide el ángulo desde el norte en sentido horario y con una división sexagesimal del limbo de 360º (figura 10a). b) Medición por cuadrantes, en donde se mide el correspondiente cuadrante desde el norte o desde el sur. En este método el sentido giratorio de la medición no es uniforme, sino que varía según el cuadrante (figura 10b). 18

24 Es importante que el geólogo maneje perfectamente ambos métodos ya que no existe una uniformidad en el tipo de brújulas que se pueden llegar a utilizar, o con las lecturas que se podrían leer. Elementos de una brújula A pesar de que existe un gran número de fabricantes y tipos de brújulas, todas ellas contienen las siguientes características esenciales (figura 2): Una aguja imantada suspendida en su punto medio sobre el extremo de un pivote afinado, mediante un pequeño casquete de ágata. El pivote está montado en el centro de una placa circular con un limbo periférico graduado (de 360º o de cuadrantes a 90º). La recta norte - sur, o º, o 0-0º de las brújulas por cuadrantes coincide con la línea mediana longitudinal del instrumento, la cual se denomina eje. Normalmente las brújulas geológicas están montadas sobre una placa o caja rectangular o cuadrada, donde uno de los lados debe ser paralelo al eje (a la línea norte - sur). Para que la aguja quede horizontal en cualquier región, se le monta un pequeño peso corredizo (generalmente de cobre) sobre uno de los brazos para contrarrestar la influencia de la declinación magnética. 19

25 El clinómetro es un accesorio esencial en las brújulas geológicas, el cual es una especie de péndulo suspendido en el pivote de la aguja. Este mide las inclinaciones de diversos elementos geológicos. 20

26 Tipos de brújulas Básicamente dentro del gran número de modelos existentes existen tres tipos principales: a) Brújulas con limbo graduado fijo, donde la lectura se realiza con una punta de la aguja (generalmente negra). b) Brújulas de limbo móvil, en donde el limbo graduado está unido a la aguja y se mueve junto a ella. c) Brújulas con limbo girable, donde el limbo graduado se gira hasta que la aguja coincide con una marca. De los tres tipos, el primero es el más utilizado por los geólogos, y dentro de las con limbo fijo se pueden mencionar las brújulas Breithaupt, Gurley o Peigné, y Brunton. La Brunton o tipo Brunton (de idea norteamericana) es la mas refinada y evolucionada de las tres. Tiene divisiones de limbo en 360º o en 4 x 90º. El clinómetro tiene un nivel girable más apto que el que trabaja en forma de péndulo para medir inclinaciones (figuras 1a y b y 2). Muchas veces en las brújulas geológicas los puntos cardinales (el Este y el Oeste) están invertidos; esto se realiza para facilitar la lectura en la medición de las direcciones debido al sentido giratorio del movimiento aparente de la aguja con respecto al eje. Es decir, cuando estos dos puntos están ubicados correctamente (el Este a la derecha de la línea Norte - Sur), a la brújula se la denomina de limbo normal y lectura inversa (el limbo está graduado de 0 a 360º), por lo que en este caso, al dar la orientación de la dirección, se debe invertir el Este con el Oeste y se debe restar a 360º la medida que se obtuvo. Por el contrario, cuando están invertidos estos dos puntos cardinales se dice que la brújula es de limbo inverso y lectura directa, obteniéndose en este caso una medición directa de la dirección a conocer (el limbo está graduado de 360º a 0º en sentido horario). Si se observa con detenimiento las figuras 1a, 1b (por cuadrantes) y la figura 2, veremos que todos estos modelos son de lectura directa, ya que están invertidos el Este y el Oeste, y además, en los limbos con graduación de 360º, en sentido horario se lee de 360 a 0º. Por ejemplo, con una brújula de lectura directa, para efectuar una visual que pasa por el cuadrante NE, supongamos 30º hacia el Este desde la línea Norte, se tiene que girar el eje de la brújula 30º a la derecha (hacia el Este). Durante este movimiento giratorio del instrumento, la aguja conserva su posición; mientras que el operador mueve el limbo debajo de la aguja, ésta queda casi inmóvil. Terminada la operación, la punta imantada de la aguja se encuentra a 30º a la izquierda de la recta del eje del instrumento, de 21

27 manera que para leer la cifra 30 en el limbo fijo su graduación debe ir a la izquierda, inversamente al movimiento de las agujas del reloj (figura 12). Si se utilizara para esta misma operación una brújula con limbo no invertido, la lectura que se haría sería de 330º, por lo que se debe restar a 360º, 330º para obtener 30º que es la dirección correcta, además de permutar también el Este con el Oeste. Para que se utiliza la brújula en geología? Además del empleo normal para ubicarse con respecto al norte magnético y para realizar visuales, este instrumento es indispensable para los geólogos para dos tareas fundamentales en su trabajo: a) Levantamientos topográficos expeditivos, donde se miden con la brújula las direcciones de los trazos de las poligonales y las direcciones a puntos laterales cercanos o lejanos. b) Ubicar los cuerpos geológicos (planos y líneas) en el espacio y en un punto dado. Para poder ubicar un plano en el espacio se necesita conocer el rumbo (dirección) y el buzamiento (inclinación) (figura 13a y b). El rumbo es el ángulo horizontal formado entre la línea de rumbo y el norte magnético. La línea de rumbo queda definida por la intersección del plano en cuestión y un plano horizontal imaginario dado por la caja de la brújula. Para lograr esto se utiliza el nivel cilíndrico horizontalizador. El buzamiento es la línea de máxima pendiente del plano en cuestión y es siempre perpendicular al rumbo. Se mide con el clinómetro sobre un plano vertical, y es el ángulo 22

28 formado entre el plano en cuestión y un plano horizontal imaginario (igual al anterior, utilizado para medir el rumbo). Los ángulos de buzamiento siempre varían entre 0 y 90º. Para medir el rumbo de un plano (geológico) se debe apoyar sobre su superficie a la brújula con uno de sus bordes paralelos a su eje en posición horizontal, y se lee directamente el valor angular en el limbo (por ejemplo 330º). Para medir el buzamiento (recordemos que es perpendicular al rumbo) se coloca la brújula sobre el plano de manera que el clinómetro quede en posición vertical y pueda funcionar su nivel tubular. El mismo se mueve con una palanca ubicada en la parte posterior de la caja de la brújula; cuando se logra calar la burbuja del nivel se retira el instrumento y se lee el ángulo de inclinación en el nonio del clinómetro (por ejemplo 37º). Además de esta lectura se debe indicar siempre hacia que orientación se inclina el plano. Si no se indica se podría interpretar que el plano buza 37º hacia el este o al oeste. 23

29 Una vez que se ha tomado el dato en un afloramiento se lo debe anotar inmediatamente en la libreta de campo, convenientemente de manera convencional. Por ejemplo, un plano que mide 330º de rumbo y buza 37º hacia el Este, comúnmente se anota: N330º / 37º E. Cuando se vuelcan en un mapa topográfico o geológico los datos de rumbo y buzamiento de un plano, también se utilizan signos convencionales. Para el ejemplo anterior, sobre un mapa geológico el plano estaría representado por el símbolo: o bien los siguientes si se midiesen planos con diferente orientación: Anotación en Libreta N35º / 50º O N270º / 40º N N5º / 90º N270º / 70º S Símbolo en Mapa geológico Declinación magnética La diferencia angular entre el polo norte geográfico y el polo norte magnético es la declinación magnética. Esta no es la misma en toda la superficie de la Tierra; su valor y su sentido difieren en distintas zonas, ya que en regiones tienen una desviación hacia el Este y en otras es hacia el Oeste. Además el valor para un mismo lugar no es constante, sino que varía con el tiempo. Por ejemplo en casi toda la República Argentina la declinación magnética es 24

30 oriental, mientras que hacia el Oeste de Misiones, Uruguay, Brasil pasa a ser occidental. Se debe tener mucho cuidado al utilizar una brújula perteneciente a otro lugar de fabricación, ya que normalmente tienen la corrección realizada para el país en donde se construyó y al cambiar de región se pueden cometer errores groseros en su uso. 25

31 INTRODUCCIÓN A LA MINERALOGÍA Conceptos Básicos Una estantería de metal, los cristales de una ventana, el sílice necesario para construir la fibra óptica, el material para la fabricación de los ladrillos cerámicos o de los artefactos de un baño, la mina de un lápiz, los materiales con que se construye la delicada tecnología de un televisor, de un DVD o de una computadora, etc., etc., etc. De dónde se saca toda la materia prima para la construcción de la inmensa mayoría de los elementos que se utilizan diariamente por casi todas las personas de la Tierra? La respuesta es simple: de las rocas y de los minerales. La mayor parte de nosotros está familiarizada con los minerales y rocas, dado que estos se encuentran naturalmente en lugares que visitamos con frecuencia. Sin embargo, no todos tenemos claro qué es la mineralogía, o cuál es la definición de mineral. La mineralogía es el estudio de las sustancias cristalinas que se encuentran en la naturaleza, es decir, los minerales. La definición de qué es un mineral es algo más compleja, pero puede sintetizarse de la siguiente forma: un mineral es una sustancia sólida e inorgánica de origen natural, con una estructura cristalina específica y ordenada, y una composición química característica. Aunque algunos términos de esta definición, como sólido o inorgánico, se pueden interpretar sin mayor problema, si la analizamos detalladamente podremos comprenderla mejor: 1- Que esta es inorgánica. Si bien el término habla por sí solo, vale aclarar que se pueden incluir dentro de la definición de mineral algunas sustancias que son cristalizadas a partir de materiales generados orgánicamente, como el caso de calizas generadas a partir del carbonato cálcico presente en las conchas de moluscos, que predominantemente es Aragonito (CaCO 3 ) idéntico al que se forma por procesos inorgánicos. Existen otros casos, como el ópalo (forma amorfa del SiO 2 ), la magnetita (F e3 O 4 ), la pirita (FeS 2 ), la apatita (Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH); principal constituyente de huesos y dientes) entre muchos otros, que pueden ser precipitados por organismos, aunque su clasificación es algo más controvertida y por lo general no se consideran minerales en el sentido estricto. 2- Cuando se menciona de origen natural, se pretende distinguir entre sustancias formadas naturalmente de aquellas formadas sintéticamente en un laboratorio. Estas últimas 26

32 pueden considerarse equivalentes sintéticos de los minerales originados naturalmente; es el caso del óxido de zirconio o algunos diamantes, entre otros. 3- Cuando se menciona que se tiene una estructura cristalina específica y ordenada, se hace referencia a que es una sustancia sólida que no puede dividirse físicamente en simples componentes químicos. El agua líquida o el mercurio, que carecen de un ordenamiento interno, no cumplen con este requisito y son por lo general no considerados minerales. 4- Una composición química característica hace referencia a que el mineral puede expresarse mediante una fórmula química específica, aunque esta última puede variar (en algunos casos) dentro de ciertos límites. Aquellas sustancias que no cumplen con alguno de estos requisitos, de las que ya hemos dado algunos ejemplos, suelen denominarse mineraloides. Clasificación de los minerales La clasificación de minerales propuesta por J. D. Dana a mitad del siglo XIX, divide a los minerales en clases, en función de sus aniones o grupos de aniones predominantes. La clasificación se basa en que los minerales con el mismo no metal (anión o grupo aniónico) tienen propiedades químicas similares, y se parecen entre sí mucho más que aquellos que tienen en común el metal. La clasificación de Strunz, basada en la clásica de J. D. Dana, propone las siguientes clases o grupos principales: I-Elementos nativos: son los elementos que aparecen sin combinarse con los átomos de otros elementos, como por ejemplo oro (Au), plata (Ag), cobre (Cu), azufre (S), diamante (C). II-Sulfuros y sulfosales: son el producto de combinaciones con azufre, sin oxígeno, por ejemplo pirita (FeS 2 ). Se incluyen aquí los arseniuros (As), telururos (Te), seleniuros (Se) y antimoniuros (Sb), más raros. III-Haluros: Los aniones más característicos son F, Cl, Br, I, que están combinados con cationes relativamente grandes de poca valencia, por ejemplo halita (NaCl), fluorita (CaF2). 27

33 IV-Óxidos e Hidróxidos: Los óxidos son compuestos de metales con oxígeno como anión. Por ejemplo cuprita (Cu 2 O), corindón (Al 2 O 3 ), hematita (Fe 2 O 3 ), magnetita (Fe 3 O 4 ). Los hidróxidos están caracterizados por iones de hidróxido (OH-) y/o moléculas de H 2 O-, p.ej. goethita FeO(OH). V-Carbonatos y nitratos: En los carbonatos el anión es el radical carbonato (CO 3 ) 2-, por ejemplo calcita (CaCO 3 ), dolomita [CaMg(CO 3 ) 2 ]. En los nitratos el anión es (NO 3 ) 2- VI-Sulfatos, Wolframatos, Molibdatos, Cromatos y Boratos: En los sulfatos, subgrupo más difundido, el anión es el grupo (SO 4 ) 2- ; p.ej. barita (BaSO 4 ), en el yeso (CaSO 4 2H 2 O). VII-Fosfatos, Arseniatos y Vanadatos: En los fosfatos el complejo aniónico (PO 4 ) 3- es el complejo principal, como en la apatita Ca 5 [(F, Cl, OH)/PO 4 ) 3 ]. VIII-Silicatos: Es el grupo más abundante de los minerales formadores de rocas donde el anión está formado por grupos silicatos del tipo (SiO 4 ) 4-, dentro del cual el componente básico es el tetraedro silicio-oxígeno. Esta estructura se compone de cuatro iones de oxígeno que rodean a un ion de silicio. IX-Sales de ácidos orgánicos: combinaciones con los iones oxalato (C 2 O4) 2-, C, N, etc, por ejemplo la whewellita Ca(C 2 O 4 ) H 2 O. En cada una de estas clases, definidas según criterios químicos, se establecieron posteriormente subdivisiones basadas predominantemente en la estructura cristalina de cada mineral. Tal es el caso de las divisiones dentro de la clase de los silicatos (ver tabla más adelante), que están basadas en criterios cristalográficos: A partir de la estructura básica (SiO 4 ) 4- negativa se forman cadenas simples, dobles o laminares que se combinan con iones positivos para dar estructuras químicamente estables. Los iones positivos que se pueden acomodar en sitios de enlaces determinados son el Al +3, Fe +3, Mg +2, Fe +2, Na +1, Ca +2 y K +1. Cada uno de estos iones tiene un tamaño atómico determinado y una carga particular, por lo que es común que iones que tienen radios iónicos similares se sustituyan entre sí. Debido a esto, algunos silicatos tienen una posible variación en la composición, como por ejemplo el olivino [(Mg,Fe) 2 SiO 4 ], que en su estructura puede contener Fe en un extremo de la serie, o 28

34 Mg en el otro extremo. El Fe y el Mg tienen radios atómicos similares, por eso puede ocurrir este tipo de sustitución. Reconocimiento macroscópico El reconocimiento macroscópico de un mineral consiste en la determinación de sus propiedades físicas (p. ej. brillo, color, raya, hábito, peso específico, dureza, etc.) por métodos estrictamente visuales o mediante sencillas manipulaciones. En general, para la correcta caracterización de un mineral, suele ser necesario el empleo de técnicas de identificación mineral más específicas, como el análisis de sus propiedades ópticas utilizando el microscopio petrográfico, la difracción de rayos X (que permite conocer su estructura cristalina) o la fluorescencia de rayos X (que permite conocer su composición química), entre otras aún más sofisticadas. El proceso de reconocimiento macroscópico de minerales se basa en la determinación de una serie de propiedades de los mismos: 1-Color; 2-Brillo; 3-Densidad; 4-Dureza; 5-Raya; 6-Exfoliación, fractura y maleabilidad; 7-Otras propiedades Hay que resaltar que las propiedades físicas de los minerales pueden ser escalares o vectoriales. Es decir, algunas de ellas pueden variar en función de la dirección en que se realice la observación. Son propiedades vectoriales, por ejemplo, el brillo, la dureza o la exfoliación, mientras que las escalares son el sabor, la densidad o el punto de fusión. Existen otras propiedades de los minerales relacionadas con su forma de crecimiento y que son de fácil identificación. Por consiguiente, estas otras propiedades también nos pueden ayudar a reconocer minerales. Entre ellas se encuentran: 8-El hábito y 9-La morfología del agregado. 1- Color Aunque el color es una característica obvia en un mineral, a menudo es una propiedad de diagnóstico poco fiable, ya que una misma especie mineral, sin variar su fórmula específica, puede presentar diferentes tonalidades y colores. Los cambios de coloración se pueden asociar, entre otros, con los siguientes fenómenos: 29

35 a)presencia de elementos cromóforos como el Ti, Fe, Mn, Co, Cr, V, Cu, Ni; por ejemplo, el Fe en berilo y turmalina puede darles una tonalidad azulada o verdosa. b) Presencia de defectos en la estructura cristalina de un mineral, que por lo general está asociado a la incorporación de un metal; por ejemplo, cuarzo amatista (producto de defectos + incorporación de Fe), cuarzo ahumado (producto de defectos + incorporación de Al). c) Presencia de impurezas albergadas en el interior del mineral (p. ej. el yeso que en sí es incoloro adquiere a menudo un color marrón debido a las impregnaciones de pequeñas cantidades de FeO y Fe 2 O 3, o la halita que es también incolora pero a menudo adquiere una tonalidad amarilla debido a las inclusiones de arcillas). d) Sustitución de algunos cationes propios de la especie mineral por otros (p. ej. la serie de la enstatita - ferrosilita (piroxenos), donde las sustituciones de Mg por Fe, producen un cambio de coloración desde el blanco grisáceo al verde negruzco), o con la presencia de pequeñas inclusiones de una especie mineral dentro de otra (p. ej. el cuarzo "ojo de gato" que contiene en su interior fibras de amianto). e) Con la existencia de alteraciones debidas generalmente a la meteorización, que modifican la capa exterior o la totalidad del mineral (p. ej. la capa de óxidos de Fe que puede recubrir los cristales de pirita o la transformación de los feldespatos en caolines). A los minerales que pueden exhibir una variedad o gama de colores se les denomina alocromáticos o que poseen una coloración exótica. Por ejemplo, el cuarzo puede contener diferentes inclusiones y elementos cromóforos que le confieren diferentes tonalidades: si es incoloro se le denomina cristal de roca, amatista si es violeta o púrpura, cuarzo citrino si es amarillo, cuarzo rosado si tiene un tono rosa y si es gris o negro se le denomina cuarzo ahumado. No obstante existen minerales cuyo color es constante e inherente con sus componentes químicos, y por lo tanto, tienen un color característico e invariante ante las posibles impurezas que pueda contener. A estos minerales se les denomina idiocromáticos o que tienen una coloración inherente. Por ejemplo: la malaquita, Cu 2 CO 3 (OH) 2, siempre es verde; la azurita, Cu 3 (CO 3 ) 2 (OH) 2, siempre es de color azul; o el azufre, S, siempre es amarillo. 30

36 2- Dureza La dureza es la resistencia que ofrece la superficie lisa de un mineral a ser pulido, rayado, perforado, por un material de ensayo determinado. La dureza es, en general, función de la estructura cristalina de la superficie y del tipo de enlaces químicos presentes. La dureza de un mineral se estima mediante la escala de Mohs, que es una escala no lineal que refleja el orden de dureza entre varios minerales en función de si son rayados o rayan a minerales situados en grados consecutivos de esta escala: 1 TALCO 2 YESO 3 CALCITA 4 FLUORITA 5 APATITA 6 ORTOCLASA 7 CUARZO 8 TOPACIO UÑA CLAVO DE HIERRO CORTAPLUMAS CRISTAL O PUNZÓN DE ACERO 9 CORINDÓN 10 DIAMANTE. Para identificar a muchos minerales podemos agrupar los ordenes de dureza de los minerales en: muy blandos (de 1 a 2 en la escala de Mohs), cuando el mineral se raya con la uña, tizna el papel o los dedos. blando (3), cuando se raya con un clavo de hierro. semiduro (4 a 5), cuando se raya con el cortaplumas. duro (6), cuando se raya con el cristal o con un punzón de acero muy duro (de 7 a 10), cuando el mineral raya el cristal (el vidrio). 31

37 Hay que resaltar que la dureza es una propiedad vectorial, y por lo tanto varia en función de la dirección en que se mida sobre una superficie, y también en función de la orientación cristalográfica de la sección en que se mida. Por consiguiente, un mismo mineral puede presentar diferentes grados de dureza (p. ej. el disteno o la calcita). 3- Brillo El brillo es el resultado de procesos de reflexión y refracción de la luz en la en la superficie de un mineral. En general, el brillo es función del índice de refracción de la superficie, del grado de absorción de la luz incidente y de otros factores tales como las características concretas de la superficie observada (p. ej. grado de lisura y pulimento). En general podemos definir el brillo como una relación entre la cantidad de luz que incide en la superficie del mineral y la cantidad de luz que se refleja. Debe observarse en una superficie no alterada y puede variar según la orientación cristalográfica de la superficie que se observe. Además, también puede variar en función de la textura del mineral o del tamaño de grano. Por lo tanto, es una propiedad que debe analizarse con cierto cuidado y en ejemplares adecuados. Existen dos grandes clases de brillos; metálico y no metálico. BRILLO METÁLICO NO METÁLICO Es el característico de los minerales que son totalmente opacos a la luz y de raya negra. Es típico de los elementos nativos (p. ej. el cobre nativo), los sulfuros (p. ej. la galena) y de otros grupos minerales. Las superficies de los minerales con este tipo de brillo suelen alterarse muy fácilmente, por lo que se debe observar este tipo de brillo en superficies recientes. ADAMANTINO: Presenta un reflejo fuerte y Es característico de minerales transparentes u opacos pero con raya blanca o de color claro. Se pueden subdividir en diferentes grupos en función de la característica del brillo. brillante (p. ej. diamante) VÍTREO: intensidad media, como el del vidrio (p. ej. berilo). Casi todos los silicatos pertenecen a este grupo GRASO o CÉREO: Su aspecto recuerda al de la cera, es típico de los minerales transparentes de fractura concoidea (p. ej. fractura en cuarzo) SEDOSO: Como la seda. Suele ser el resultado de la reflexión de la luz sobre un agregado de fibras finas paralelas, por tanto es característico de los minerales que cristalizan en fibras (p. ej. yeso) MATE: sin brillo, como una tiza (p. ej. turquesa) PERLADO o NACARADO: Tiene el brillo de la perla (p. ej. talco, algunos carbonatos) 32

38 A veces, la separación entre el brillo metálico y no metálico no está bien definida, entonces se establece una categoría intermedia denominada brillo submetálico (p. ej. el grafito). 4- Color de la raya Es el color del polvo del mineral. Puede o no coincidir con el color del mineral sin pulverizar. Se obtiene de rozar a éste contra una placa blanca de porcelana sin vitrificar. Las partículas desprendidas presentan el color genuino del mineral, ya que quedan eliminados los efectos ópticos secundarios que actúan en la capa superficial del mineral pudiendo variar su propio color. Aunque el método correcto para determinar la raya de un mineral es a través de la placa de porcelana, también se puede realizar esta determinación, de una manera aproximada, rayando la superficie del mineral con un punzón de acero. La raya es un buen método para diferenciar a los minerales con brillo metálico, que en general tienen una raya densa y oscura, de aquellos no metálicos. Los elementos nativos (Au, Cu, Ag), la mayoría de los sulfuros, y algunos óxidos, presentan un color de raya intenso y definido, siendo este un buen método de reconocimiento para estas especies. Particularmente en el caso de los óxidos, la raya permite diferenciar hematita (raya rojiza), magnetita (raya negruzca) y goethita (raya parduzca). La mayoría de óxidos no metálicos, cloruros, fluoruros, carbonatos, sulfatos, fosfatos y algunos silicatos presentan raya blanca. Debido a que la placa de porcelana tiene una dureza aproximada de 7 en la escala de Mohs, este método no se puede emplear con minerales de dureza superior a la de la porcelana, es decir, con la mayoría de los silicatos. 5- Densidad Es la relación entre masa y volumen de un mineral (Densidad = masa / volumen). Si esta densidad se expresa en relación con la densidad del agua, se la denomina peso específico, que representa el cociente entre el peso de un mineral y el peso de un volumen equivalente de agua. Por ejemplo, si un mineral pesa tres veces un volumen equivalente de agua, su peso específico es 3. Las densidades de las especies minerales más características pueden variar entre 1,6 gr/cm 3 (carnalita) y 21,5 gr/cm 3 (platino nativo). Los minerales más comunes, tienen un peso 33

39 específico que varía entre 2,5 y 3 gr/cm 3. Algunos minerales metálicos tienen un peso específico, dos o tres veces superior al de los minerales más comunes. Por ejemplo, la galena (PbS) tiene un peso específico de 7,5 gr/cm 3, mientras que el del oro es aproximadamente de 19,3 gr/cm 3. Por tanto, la determinación de densidad puede servirnos para reconocer algunas especies, principalmente los minerales metálicos. Se considera que un mineral es ligero cuando el peso específico es < 2, normal cuando está entre 2 y 4 y pesado cuando es > Exfoliación, Fractura y Maleabilidad Cuando un mineral sufre un golpe o una fuerte presión, se puede comportar de diversas formas como consecuencia de la cohesión entre sus elementos reticulares y de su estructura. Los minerales frente a la presión instantánea se comportan, fundamentalmente, de tres maneras: * Se amolda al golpe aplastándose, se dice entonces que el mineral es maleable. Este fenómeno se produce fundamentalmente en los minerales donde predominan los enlaces metálicos, por consiguiente es propia de los metales nativos, como el oro, el cobre, el platino, la plata, etc. * Se parte según uno o varios planos preferentes, se dice entonces que el mineral es exfoliable * Se parte en secciones irregulares, se dice entonces que el mineral es fracturable Exfoliación (o clivaje) En la red de un mineral existen algunos planos entre los que hay enlaces más débiles. La exfoliación es la tendencia de un mineral a romperse a lo largo de estos planos con enlaces débiles. No todos los minerales tienen planos de exfoliación bien definidos, pero los que tienen esta característica pueden ser identificados por la orientación y características de las superficies lisas que se producen cuando la fuerza del golpe supera la cohesión interna del mineral y éste se rompe. Una posible clasificación para esta propiedad es la siguiente: Muy perfecta: el cristal se divide en placas finísimas de superficie plana (p. ej. mica, yeso) Perfecta: el cristal se parte en direcciones determinadas formando superficies planas, una cara irregular se obtiene muy raras veces (p. ej. galena, calcita) Mediana o regular: por fragmentación se forman tanto caras planas como irregulares (p. ej. hornblenda, feldespato) 34