LA ROCOSA TIERRA
Hace millones de años, los humanos usaron las rocas como primeros utensilios. Esta etapa del desarrollo de la humanidad se conoce como Edad de Piedra. Más tarde, aprendieron a usar arcilla (partículas de roca) para hacer cerámica, y a partir de entonces se hallaron muchas formas de usar roca. Casi todas las rocas pueden cortarse o romperse para usarse como materiales de construcción para nuestras casas y ciudades. Muchos minerales se extraen de la tierra y se procesan para hacer materiales especiales. Todos los metales, como el hierro y el acero, vienen de minerales que están en rocas, al igual que muchos combustibles, como petróleo y carbón, así como la sal de nuestra comida, los fertilizantes de cultivos y muchas otras cosas.
ROCAS Y MINERALES
Las rocas y los minerales son la materia prima de la superficie terrestre. Las rocas están hechas con incontables granos de minerales: unos grandes, otros visibles sólo con microscopio. Algunas rocas son de un único material, otras de docenas o más. Los minerales son productos químicos sólidos naturales. Se clasifican según su composición química y su estructura. Las rocas se clasifican según su formación en: ígneas (de roca fundida), metamórficas (modificadas por presión y calor extremos), y sedimentarias (creadas de capas de sedimentos: materia suelta asentada).
HISTORIA DE LA GEOLOGÍA
Rocas y minerales se han formado desde el inicio del tiempo, pero nuestro conocimiento de ellos es relativamente reciente. Fue quizá el descubrimiento de los metales y la búsqueda de sus menas lo que motivó a la gente a indagar cómo se forman las rocas. Sin embargo, rocas y minerales siguieron siendo un misterio que creo muchos mitos. Los adelantos en el conocimiento de los procesos que formaron la tierra empezaron hace cerca de 200 años con la idea que las rocas tardan millones de años en formarse.
ESTRUCTURA DE LA TIERRA
Los agujeros más profundos cavados por geólogos solo penetran 15 km en la tierra. Pero los geólogos han averiguado sobre las capas del interior de la tierra analizando ondas de terremotos. La superficie es una corteza rocosa delgada, de apenas 6 kms de grosor en algunos sitios. Bajo ella, un grueso manto de roca fluye como pegajosa melaza. A 2.900 km más abajo hay un núcleo de hierro y níquel, con un centro bajo tanta presión que no puede fundirse, a pesar de temperaturas de 7.000ºC.
TECTÓNICA DE PLACAS
Los continentes de la Tierra no han estado siempre donde están ahora. De hecho, se mueven muy lentamente bajo nuestros pies todo el tiempo. No sólo los continentes se mueven, también lo hace el suelo oceánico. La capa rígida exterior de la Tierra (formada por la corteza y la parte superior dura del manto) se divide en más o menos 20 trozos gigantescos llamados placas tectónicas: siete enormes y cerca de una docena más pequeñas que se empujan una a otra todo el tiempo. Los continentes están sumergidas en estas placas y, por tanto, se mueven con ellas
FUERZAS DE EROSIÓN
Montañas, colinas, valles y praderas se ven como si siempre hubiera estado ahí. Pero todos los paisajes de la tierra se desgastan lentamente por el clima, el agua corriente, el hielo que se mueve, olas, viento y productos químicos naturales. En ocasiones, el efecto súbito y espectacular, como cuando toda una colina es arrastrada por una tormenta. Pero casi todo el tiempo el desgaste es tan lento que apenas se nota. Tras decenas de miles de años las montañas se desmoronan, las colinas se aplanan y los valles se vuelven fragmentos se llama erosión. Sedimentación es cuando material arrastrado por agua, viento o hielo, vuelve a caer.
CICLO DE LAS ROCAS
La erosión destruye sin cesar la roca expuesta en la superficie de la tierra, pero rocas nuevas forman hechas con el remanente de las anteriores. Este reciclado es llamado ciclo de las rocas. Algunas partes son rápidas y obvias: los riscos se desmoronan y los volcanes arrojan lava. Sin embargo, gran parte del ciclo está oculto en la tierra y sucede a lo largo de millones de años. Los movimientos de placas, convierten las rocas sedimentarias e ígneas en metamórficas, o las metamórficas en ígneas.
VOLCANES
En algunos sitios de la tierra, emerge magma caliente a la superficie desde grandes profundidades, el cual fluye sobre la tierra como lava ardiente. Estos sitios se llaman volcanes. A veces un volcán puede taponearse con una gruesa capa de magma y luego, repentinamente hace erupción con una explosión gigantesca, lanzando chorros de vapor y fragmentos candentes a gran altura. Sucesivas erupciones pueden formar un gran cono de cenizas y lava alrededor del volcán que entonces se vuelve una montaña.
ROCAS ÍGNEAS
Aunque a veces están cubiertas con una delgada capa de roca sedimentaria, las rocas ígneas forman la mayor parte de la corteza terrestre. Hay más de 600 tipos diferentes, pero todas vienen de magma, roca líquida del interior caliente de la tierra. Este se enfría y cristaliza al acercarse a la superficie, en masas sólidas de roca dura. A veces el magma sale de volcanes antes de volverse roca. Estas rocas se llaman ígneas volcánicas o extrusivas. A veces la roca se forma de manera intrusa, al solidificarse el magma formando estructuras, como batolitos, diques y travesaños.
IDENTIFICACIÓN DE LAS ROCAS ÍGNEAS
Todas las rocas ígneas son cristalinas (son cristales unidos). En general es fácil reconocerlas por su aspecto brillante y granuloso. Algunas, como la obsidiana, tienen aspecto vítreo (sin grano). La composición química del magma que las formó (arriba o abajo del suelo) y lo rápido que se enfrió, contribuyó a la formación de distintas rocas ígneas. Los magmas ácidos hacen rocas pálidas como riolita; los menos ácidos hacen rocas más oscuras, como basalto. Las que se forman en lo profundo, como granito, son de grano grueso pues se enfrían con lentitud.
ROCAS METAMÓRFICAS
La roca metamórfica es la que ha cambiado hasta ser irreconocible por exposición a calor o presión intensos o ambos. El metamorfismo de contacto sucede cuando la roca entra en contacto con el calor abrasador del magma al rojo vivo de una intrusión ígnea. Las temperaturas extremas realinean a tal grado los cristales dentro e la roca que ésta se transforma en roca nueva, como mármol o corneana, dependiendo de la intensidad del calor.
METAMORFISMO REGIONAL
Las tremendas fuerzas en juego cuando los continentes chocan pueden aplastar y cocer rocas en una gran región, metamorfoseándolas en una amplia área. A veces el metamorfismo regional puede crear rocas similares a las producidas por metamorfismo de contacto. Pero otras veces el metamorfismo es mucho más intenso y crea rocas enteramente nuevas. El metamorfismo más extremo crea sus propias uniones de estructuras.
ROCAS SEDIMENTARIAS
La roca sedimentaria, formada con desechos de otras rocas y materia viva, es el tercer tipo de las básicas. Aunque sólo constituye el 5% del volumen de la corteza terrestre, cubre cerca del 75% de los terrenos de la tierra. La roca sedimentaria puede dividirse en tres categorías: detrítica (de partículas de roca), química o inorgánica (de partículas solubles), y orgánica (de restos de plantas). Algunas rocas sedimentarias contienen fósiles, que proporcionan datos vitales para entender la historia geológica terrestre.
SEDIMENTOS QUÍMICOS
Las rocas sedimentarias detríticas se hacen con fragmentos de roca, y con frecuencia se ven en ellas los granos minerales originales o hasta guijarros enteros. Pero las sedimentarias hechas por acción de agentes químicos en la tierra tienen estructura polvosa sin rasgos de los fragmentos originales. Estas rocas son de minerales como la calcita, que se disuelve en agua. Estos minerales disueltos pueden crear depósitos sólidos, o precipitados. Algunos de éstos sólo llenan los espacios de otros sedimentos; algunos hacen rocas nuevas, como arenisca.
CUEVAS
Muchas montañas, colinas y riscos tienen hoyos o cuevas naturales. Las cavernas más grandes y comunes son las que se forman cuando la roca se disuelve por agentes químicos en el agua que escurre. Éstas se llaman cuevas de solución. Son típicas de las regiones calizas, donde la roca horadada forma cavernas espectaculares. Pero las cuevas pueden formarse de otra manera. Las marinas, por ejemplo, son horadadas en riscos donde las olas han abierto grietas. Las cuevas de hielo se forman por hielo que se derrite bajo glaciares. Las de lava son túneles abiertos por lava caliente.
FÓSILES
Casi todas las rocas sedimentarias contienen fósiles, restos de plantas y animales que vivieron hace miles de años, cuando las rocas se formaron. Los fósiles son quizá las pistas más útiles para los geólogos sobre la historia de la formación de rocas. La mayoría de los fósiles son crustáceos, como las amonitas, que vivían en mares someros. Muchos de estos fósiles son característicos de un período geológico particular, por lo que pueden ayudar a fechar con precisión la roca en la que se encontraron.
ROCAS DE FORMAS VIVAS
Algunas de las rocas más duras, incluyendo muchos tipos de caliza, están hechas de restos de cosas vivas. Hay dos clases de roca orgánica sedimentaria: bioclásica y biogénica. La bioclásica, como la caliza, está hecha de los restos fragmentados de plantas y criaturas marinas. La biogénica, como el coral, está hecha de restos enterrados enteros de cosas vivas. A veces los restos enterrados de organismos vivos son transformados tras millones de años en combustibles fósiles, como carbón, petróleo y gas natural.
ROCAS ESPACIALES
La geología de la Tierra dista de ser única. La tierra es uno de los cuatro planetas rocosos que giran en torno al Sol, junto con Mercurio, Venus y Marte. La luna también es rocosa. La tierra es golpeada continuamente por rocas del espacio llamadas meteoritos. Algunos tipos de éstos llamados condritos, parecen haber cambiado poco desde que se formaron en los primeros días del sistema solar. Los geoquímicos creen que cuando miran un tipo particular de meteorito condrito, llamado condrito carbonáceo, están viendo la forma más antigua de roca.
CLASES DE MINERALES
Para entender los más o menos 3.000 tipos de minerales diferentes, los mineralogistas los organizan en clases, o familias, según su composición química. El sistema más usado para agrupar minerales es el Dana. Publicado por primera vez por el profesor James Dana de la Universidad de Yale, en 1848, este sistema divide los minerales en ocho clases básicas. Los grupos más importantes son elementos naturales, silicatos, óxidos, sulfuros, sulfatos, haluros, carbonatos y fosfatos. El sistema Dana aún se usa en la actualidad.
PROPIEDAD FÍSICAS
Aunque cada mineral tiene una combinación única de rasgos, todos comparten propiedades físicas que ayudan a los geólogos a identificarlos. Se agrupan según su hábito (cómo se forman sus cristales), sistema de cristales (la simetría de sus cristales), composición química, clivaje (cómo se parten), gravedad específica (densidad en relación con el agua) y dureza (facilidad con que se rayan).
PROPIEDAD ÓPTICAS
Una de las primeras claves de la identidad de un mineral es a menudo su aspecto. Los minerales reflejan y permiten el paso de luz de maneras diferentes. Por ejemplo, muchos brillan y destellan, en tanto otros apenas si reflejan la luz. Algunos se ven grasosos, como cubiertos de mantequilla. Otros tienen un color característico. Estas cualidades se llaman propiedades ópticas. Color, brillo y claridad son las más evidentes, pero hay otras, como fluorescencia y refracción.
ELEMENTOS NATURALES
La mayoría de los metales son compuestos, o sea que están hechos de combinaciones de elementos químicos. Pero algunos existen puros en la naturaleza, y se les dice elementos naturales. A menudo son metales, pero también incluyen semimetales, como el bismuto, antimonio y arsénico, y no metales, como el azufre y carbón (en forma de grafito y diamante). Los no metales se encuentran con rasgos volcánicos como vetas subterráneas y con azufre, en manantiales termales. El azufre y el grafito son comunes, pero es raro ver bismuto, antimonio y arsénico como elementos naturales, y los diamantes son los más raros de todos.
METALES
Pocos de los metales menos reactivos, como el oro, la plata, el platino y el cobre, pueden hallarse en forma pura como elementos metálicos. Pepitas o escamas de estos metales se hallan en las rocas, pero no es usual. En la corteza terrestre, la mayor parte de los metales están mezclados en minerales con otros elementos. Casi sólo el oro se encuentra natural. En la corteza son raros los elementos metálicos, pero son comunes en el núcleo. La mayoría del hierro, por ejemplo, se hundió en el núcleo en los inicios de la tierra, por ser muy pesado.
ORO
El oro es un elemento natural, apreciado por su vivo color amarillo y su resistencia a opacarse. Los yacimientos de oro se forman usualmente de dos maneras. La mayoría se forma en vetas hidrotermales en la roca, donde aparece mezclado con cuarzo y otros minerales (como plata y sulfuros). Casi todo el oro se saca de vetas como éstas. También se deposita en lechos de ríos, donde se acumulan granos de oro erosionados de rocas.
SILICATOS FÉLSICOS
Los silicatos forman más del 90% del peso de la corteza terrestre, y casi todas las rocas los contienen. Hay más de 1.000 silicatos minerales diferentes, divididos en dos tipos: félsico y máfico. Los que se forman en granitos se llaman silicatos félsicos. Esta palabra es la combinación de “fel” por feldespato y “sic” del inglés “silica” (sílice). Son más liviano en peso y más claros que otros silicatos, porque tienen menos hierro y magnesio. Los silicatos félsicos incluyen cuarzo (sílice puro) y feldespatos K, ricos en potasio (K). Las micas son un grupo de minerales de silicato que se parten fácilmente en láminas.
SILICATOS MÁFICOS
La familia de los silicatos conocida como máficos toma su nombre de una combinación de “ma” por magnesio y “fic” hierro (de férrico). Es normal que se forme en magmas que brotan donde las placas tectónicas se están separando, como en el suelo del océano, y construyen bloques del grupo de rocas ígneas básicas que incluye basalto y gabro. Los silicatos minerales máficos olivino y piroxeno, que están en rocas básicas y ultrabásicas, son más densos y oscuros que los silicatos félsicos. Otros silicatos máficos, llamados feldespatos plagioclasa, se caracteriza por proporciones variadas de calcio y sodio en su estructura química.
CUARZO
El cuarzo, un silicato, está hecho de oxígeno y sílice. Es muy común e ingrediente importante de la mayoría de las rocas ígneas y metamórficas. Es muy duro y no se rompe, así que proporciona gran parte del material de la roca pizarra. Aunque el cuarzo puro es incoloro, las impurezas le dan una gama de colores y formas. A pesar de ser tan común, la gama de colores del cuarzo hace que algunos cristales de cuarzo se valúen como gemas semipreciosas.
ÓXIDOS
Aunque el 90% de los minerales de la tierra contienen oxígeno, el término se usa en general para describir minerales que son una combinación simple de un metal con oxígeno e hidrógeno (un hidróxido). Los óxidos forman un amplio grupo, apareciendo en la mayoría de los entornos geológicos y tipos de rocas. Los óxidos minerales incluyen todo, desde la casiterita común (mena de estaño) hasta gemas preciosas como zafiros y rubíes (formas de corindón). Los óxidos varían en color desde rubíes rojo vivo hasta menas de hierro negro opaco.
SULFUROS
Los minerales de este grupo son azufre combinado con otro mineral, en general un metal. Los sulfuros incluyen algunas de las menas de metal más importante del mundo, como cinabrio (de mercurio), galena (de plomo), esfalerita (de cinc) y calcopirita (de cobre). La mayoría de los sulfuros son densos, quebradizos y parecen metal. Unos cuantos, oropimente y rejalgar, son claros, ligeros y brillantes. Las sulfosales son compuestos de azufre, donde éste se liga directamente con un semimetal como arsénico, bismuto o antimonio.
SULFATOS Y OTROS
Los sulfatos son compuestos en donde uno más metales se combinan con sulfato (combinación de azufre y oxígeno). Se forman sobre todo cuando se exponen sulfatos al aire como evaporitas o como depósitos dejados por agua volcánica caliente. Son blandos y pálidos, a menudo con cristales de transparentes o translúcidos. Hay más de 200 tipos de sulfatos, siendo el más común el yeso. Este es un mineral suave formador de rocas sedimentarias, con muchos usos industriales. Pero, la mayoría de sulfatos son raros y aparecen sólo en algunos sitios.
HALUROS
Los haluros son minerales que se forman cuando un metal se mezcla con uno de los cinco elementos halógenos: flúor, cloro, bromo, yodo y astatino. El más conocido es la halita, o roca de sal (cloruro de sodio), con el que se hace la sal de mesa. Como la sal marina, muchos haluros son solubles (se disuelven en agua), razón por al que aparecen sólo bajo condiciones especiales. La halita es tan común que, a pesar de su solubilidad, se halla en grandes depósitos en todo el mundo y tiene un amplio campo de usos industriales.
CARBONATOS Y OTROS
Los carbonatos minerales aparecen cuando un carbonato (carbono y oxígeno) se mezcla con metales o semimetales. Los minerales del grupo son blandos y se disuelven en sustancias ácidas. Muchos carbonatos se forman al alterarse minerales en la superficie terrestre por acidez del aire y la lluvia. El nitrato, borato y fosfato se forman cuando alguno de ellos se mezcla con uno o más elementos metálicos. Los fosfatos tienden a ser suaves, frágiles y coloridos.
PRIMEROS USOS DE MINERALES
Nuestros ancestros usaron utensilios de piedra para cazar y matera animales, cortar carne y hacer refugios. Descubrieron los pigmentos de vivos colores en los minerales y los usaron para pintar en las cuevas. Con las primeras civilizaciones, hace casi 9.000 años, la variedad de usos de las rocas y minerales se amplió en gran medida. La gente aprendió a construir con piedra, a usar arcilla para cazuelas, a escribir en tablillas de barro y a usar metales para hacer armas y armaduras, instrumentos, cuencos y objetos rituales.
PIEDRAS PRECIOSAS
La mayoría de los metales son toscos o de pequeños cristales. No obstante, unos pocos son de colores vivos y forman cristales grandes y sorprendentes. El color, brillo y rareza de estas gemas las han hecho apreciables durante culturas y épocas. Hay más de 3.000 minerales, pero sólo 130 forman gemas. Las más valiosas –diamantes, esmeraldas, rubíes y zafiros- son conocidas como piedras preciosas y valuadas por su brillo, rareza y dureza. Las gemas más comunes, como los berilos, granates y peridotos, se llaman gemas semipreciosas.
DECORACIÓN
Aparte de las piedras preciosas, muchas rocas y minerales se usan para decoración. Aunque no sean claras y destellantes como las gemas, tienen colores y formas atractivas. Las piedras ornamentales se extraen para decorar fachadas (frentes) de edificios. Casi cualquier roca puede ser ornamental, siempre que pueda pulirse bien y resista la intemperie. Ejemplos típicos de piedra ornamental incluyen mármol, arenisca, travertino, pizarra dura y granito. Los minerales coloridos no preciosos, usados para tallar ornamentos, estatuas y objetos más funcionales, incluyen ágata, ónix, jade y jaspe.
METALES EN LA HISTORIA
Las civilizaciones antiguas usaron metal por primera vez hace cerca de 6.000 años, convirtiendo oro y plata en ornamentos. Distintas culturas descubrieron que las rocas contenían otros metales, como cobre, estaño, hierro y plomo. Cada uno tenía características propias. Lo que hacía especiales a los metales era su durabilidad y maleabilidad: se les podía dar forma para fabricar armas, instrumentos y grandes máquinas. Por eso, los metales desempeñaron una función importante en el progreso de la tecnología humana.
METALES MODERNOS
Los metales son parte principal del mundo moderno como lo fueron en las edades de Bronce y Hierro. Autos, trenes, aviones y barcos que nos llevan alrededor del mundo son de acero. Los cables de cobre conducen señales eléctricas que energizan todo, desde las computadoras hasta el alumbrado público. Muchos de estos metales son los mismos que se han conocido y usado por miles de años: hierro, acero, cobre, estaño y plomo. Sin embargo, unos cuantos metales cruciales se descubrieron más recientemente, como el aluminio y el titanio. Numerosas aleaciones nuevas se han desarrollado para satisfacer las necesidades de la tecnología moderna.
MINERALES INDUSTRIALES
En la industria se usan muchos materiales. Algunos como cuarzo, sílice y yeso, se extraen a granel (en gran cantidad) de rocas sedimentarias, como caliza, tiza y lutita. Muchos de ellos son importantes para la construcción, proporcionando materiales para cemento y agregados (pedazos de piedra o grava), que, junto con el cemento, hacen el concreto. Otros ayudan a purificar metales o a preparar carbón para centrales eléctricas. Los minerales a granel se usa en vidrio, pintura, cerámica, electrónica, medicamentos y otros productos.
MINERALES EN EL HOGAR
Una casa moderna está construida casi por completo con materiales que provienen de minerales. La única excepción es la madera, que se usa en techos, pisos y apoyos estructurales. Los cimientos que sostienen la casa son de concreto (grava, arena y cemento). Los muros son de ladrillos (arcilla) unidos con mortero (caliza). Las tejas (arcilla) y las canaletas de plástico (petróleo) desvían el agua de lluvia. Dentro, el agua se bombea en la casa por tuberías de metal (cobre) para calefacción y para lavado. Pilas de cerámica (arcilla) o de metal (acero inoxidable), baños y calderas guardan el agua. Las ventanas de vidrio (sílice) dan luz natural y el cableado eléctrico (cobre) proporciona la artificial, las telecomunicaciones y la energía.
MINERALES PARA LA VIDA
Toda planta y animal en la Tierra necesita nutrientes (sustancias esenciales para la vida y el desarrollo (contenidos en los minerales. Las plantas los obtienen del fósforo, calcio y potasio, y los complementan con cantidades mucho menores de hierro, cobalto, cinc, boro, níquel, manganeso y cobre. Las plantas absorben los nutrientes de la tierra por medio de las raíces. Los animales y los seres humanos dependen sobre todo de minerales como hierro, calcio, sodio y potasio, que obtienen en su mayoría de la comida.
GEOLOGÍA DE CAMPO
Los geólogos recogen especímenes minerales directamente en el exterior, luego los identifican y analizan usando pruebas científicas. Los geólogos y otros científicos de la Tierra no sólo prueban sus teorías en laboratorios o con cálculos matemáticos. En vez de ello, recogen sus datos y prueban sus especímenes en el mundo real, soportando fuertes vientos en las cumbres de montañas o enfrentando de cerca volcanes en erupción. Esto se llama trabajo de campo. Para un geólogo, el campo puede ser cualquier cosa, desde un glaciar ártico a una fosa oceánica profunda; en suma, cualquier parte de la Tierra.