Cloritas

R. Lozano y J.P. Bernal / Boletín de Mineralogía 16 (2005) 1 – 20

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Composición química, clasificación y caracterización de los mineralesdel grupo de las cloritas

Rufino Lozano y Juan Pablo Bernal

Departamento de Geoquímica, Instituto de Geología, Universidad Nacional Autónoma de México,Ciudad Universitaria, Del. Coyoacán 04510, México D.F.

Boletín de Mineralogía 16 (2005) 1 – 20BOLETÍN DE

MINERALOGÍA

ISSN 0186-470X

* Comunicación con el autor: Tel. +52 55 5622 4319; Fax. +52 55 5622 4317E-mail: [email protected] (R. Lozano)

Resumen

Las cloritas están constituidas por capas tetraédricas y octaédricas apiladas de manera alternada,donde una capa de tetraedros sirve como base de la estructura (2:1:1), y en las que el tipo de enlace es unacaracterística común del grupo de los filosilicatos. Cristalizan principalmente en el sistema monoclínico ypor su crucero, dureza y peso específico se asemejan a las micas. Las cloritas son minerales accesoriosque pueden encontrarse en rocas, sedimentos y suelos. Se forman en zonas de metamorfismo regional debajo grado y también como producto de alteración de minerales ferromagnesianos en rocas ígneas. Espoco común hallar cristales de clorita con formas euédricas, ya que principalmente se hallan como masasterrosas de grano fino. Las sustituciones isomórficas en las estructuras de la clorita dan origen a la formaciónde series minerales que van de especies con alto contenido en Mg a otras con alto contenido en Fe, aunquetambién hay variedades con alto contenido en Cr, Zn o Mn. Las cloritas dioctaédricas y trioctaédricas seforman según el número de cationes en la capa octaédrica de la estructura tipo talco (2:1) y en la capa tipobrucita.

Algunos politipos estructurales de las cloritas son más estables que otros. El politipo más estable es elIIb, al cual pertenecen más del 80% de las variedades conocidas. Las cloritas son un grupo de alto interésdesde los puntos de vista cristaloquímico, mineralógico y geoquímico, por lo que su caracterización esimportante para investigaciones de diagénesis, intemperismo, petrología metamórfica y, en general, parael estudio de minerales arcillosos.

En este trabajo se presenta información relevante dirigida a la comprensión de la estructura eidentificación del grupo de minerales que conforma a las cloritas. Se discute sobre su origen, propiedades,y sobre la diferencia entre las composiciones químicas observadas y las variaciones estructurales tri-tri,tri-di, di-tri y di-di, lo que da origen a la nomenclatura por grupos según los cationes dominantes. Tambiénse presentan los procedimientos para la caracterización de cloritas por difracción de rayos X en polvosorientados aleatoriamente y en fracciones orientadas preferentemente, mencionando además el apoyo queda el análisis térmico diferencial, la espectroscopia de infrarrojo y la espectroscopia Mössbauer en lacaracterización de algunos tipos de cloritas.

Palabras clave: cloritas, brucita, minerales trioctaédricos y dioctaédricos, difracción de rayos X.

http://www.geocities.com/smexmineralogia/


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1. Introducción

Las cloritas (del griego chlorós, -verde, colordominante en muchas de estas especies) formanun grupo de minerales semejante en muchosaspectos a las micas, ya que ambos grupos tienenespecies que cristalizan en el sistema monoclínico,poseen el mismo crucero, así como dureza y unpeso especifico bajos. Las cloritas son mineralesformados por la unión de dos estructuras: la típicade los filosilicatos (2:1), también denominadaestructura tipo talco, y una intercapa semejante ala brucita (Mg3(OH)6). La complejidad de suarreglo es debida a diversas substitucionesisomórficas, lo cual origina una gran diversidadde composiciones, ya que se han identificado hasta17 variedades químicamente diferentes. A pesarde esto, por lo general cristalizan en el sistemamonoclínico y presentan un crucero basal debidoa su estructura de apilamiento. Comúnmente seencuentran en forma de hojuelas microscópicas,pero ocasionalmente, a diferencia de otrosminerales arcillosos, es posible encontrarlas comocristales tabulares fanerocristalinos.

Al igual que muchos otros minerales, laestructura cristalina y composición química de laclorita está ligada al ambiente petrogenético en elcual se formó. Lo anterior es particularmenterelevante en el ámbito del estudio de depósitosminerales, metamorfismo y alteración hidrotermal,ya que el análisis detallado de la configuraciónestructural y/o composición química de la cloritapuede aportar información sobre la temperaturade cristalización y, por lo tanto, permite inferirsobre la evolución térmica del depósito (de Caritatet al., 1993). Se han desarrollado 4geotermómetros básicos a partir de laconfiguración estructural y composicional de laclorita (Hayes, 1970; Cathelineau y Nieva, 1985;Walshe, 1986; Hutcheon, 1990). dichos métodos,los cuales se detallan más abajo, resaltan larelevancia del conocimiento y comprensión de laestructura de las cloritas.

2. Origen

La clorita es un mineral accesorio comúnen diversos ambientes petrogenéticos.Típicamente se encuentra en rocas quepresentan metamorfismo regional de gradomedio a bajo; asimismo se encuentra en rocasígneas debido a la alteración hidrotermal deminerales ferromagnesianos primarios, talescomo micas, piroxenos, anfíboles, granates yolivino (Deer et al., 1992). Su formación bajoesas condiciones ha dado origen al término“cloritización”, comúnmente utilizado para ladescripción de procesos metamórficoscaracterizados por la formación de cloritas. Esposible también encontrarla como componentede pegmatitas y cristalizada en vetas de fisura.Son constituyentes importantes de la matrizmineral en condritas carbonosas, CI y CM(Rubin, 1997). En rocas sedimentarias la cloritaes un constituyente común, aunque está presenteen pequeñas cantidades. Su origen en ambientessedimentarios puede ser detrítico o producto dela diagénesis, por lo que es frecuente encontrarlacomo cementante en areniscas y conglomerados(Sullivan y McBride, 1991). En suelos, losminerales de clorita son comunes en zonas deintemperismo incipiente y, por lo general comomaterial heredado de la roca parental (Aspandiary Eggleton, 2002).

3. Propiedades físicas

Las cloritas muestran una morfologíadiversa; en las variedades mejor cristalizadasse pueden observar placas seudo-hexagonalesparalelas al pinacoide basal (001). El anchode esas placas varía desde menos de unmilímetro hasta varios centímetros. Es pocofrecuente hallar cristales bien formados,siendo los hábitos más comunes las hojuelasescamosas, agregados de cristales con forma


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de cuña, esférulas, rosetas, y masas terrosasde grano fino (aunque se han hallado cloritasque han desarrollado pequeñas carasprismáticas y piramidales en depósitos deserpentina-cromita). Las hojuelas generadasson flexibles pero inelásticas, con un lustrevariando de vítreo a nacarado.

La dureza de las cloritas en el crucerobasal (001) se acerca a 2.5 en la escala deMohs , y la dens idad var ía con lacomposición química, ubicándose entre 2.6y 3.3 g·cm-3

. Algunas propiedades de los

minera les de l grupo de la c lor i ta sepresentan en la Tabla 1.

Tabla 1. Fórmula y propiedades físicas de algunos minerales del grupo de la clorita (Roberts et al., 1990;Mandarino, 1999). mon = monoclínico, orto = ortorrómbico. Las densidades calculadas se muestras enitálicas.

Espaciados (d) delas reflexiones

más intensas (Å)

Nombre

(Sistema

cristalino)Fórmula

Densidad

(g·cm-3)

Parámetros de

red

a, b, c, (Ǻ)

β (º)

Dureza

(Mohs) Intensidadrelativa

3.52–7.05–2.52Chamosita

(mon)(Fe2+,Mg,Fe3+)5Al(Si3,Al)O10(OH,O)8 3.12 5.373, 9.306, 14.222

97.98° 3100–100–90

7.16–4.77–3.58Clinocloro

(mon)(Mg,Fe2+,Mn)5Al(Si3,Al)O10(OH)8 2.65 5.3, 9.3,14.3

97° 2-2.5100–70–60

2.315–4.70–3.52Cookeita

(mon)LiAl4(Si3,Al)O10(OH)8 2.67 5.13, 8.93, 28.7

98.45° 2.5-3.5100–90–90

2.33–4.71–3.98Donbassita

(mon)Al2(Al2.33)Si3,Al)O10(OH)8 2.63

5.17, 8.95, 14.2697.83° 2-2.5

100–100–90

7.10–3.55–14.2Nimita

(mon)(Ni,Mg, Al)6(Si,Al)4O10(OH)8 3.19 5.32, 9.214, 14.302

97.1° 3100–45–25

7.07–14.1–3.54Ripidolita

(mon)(Mg, Fe, Al)6(Si,Al)4O10(OH)8 2.901 5.360, 9.283, 14.044

97.15° 2-2.5100–80–50

7.1–3.57–2.42Pennantita

(mon)(Mn5Al)(Si3Al)O10(OH)8 3.06 5.454, 9.45, 14.40

97.2° 2-3100–80–80

2.501–4.52–14.2Sudoita

(mon)Mg2+(Al,Fe)3(Si3Al)O10(OH)8 2.653 5.237, 9.07, 14.285

97.02° 2.5-3.5100–85–80

7.23–3.61–4.79Gonyerita

(orto)(Mn2+,Mg)5Fe3+(Si3Fe3+)O10(OH)8 3.01 5.47, 9.46, 28.8 2.5

100–80–50

3.531–7.04–2.514Ortochamosita

(orto)(Fe2+, Mg, Fe3+)5Al(Si3Al)O10(OH,O)8 3.12 5.355, 9.293, 7.043 2

100–100–90


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4. Estructura

La estructura de las cloritas fue estudiadainicialmente por Maugin (1930) y Pauling(1930), quien determinó las dimensiones dela red y el motivo cristalino de las micas ylas cloritas, proporcionando así las bases parala determinación de la estructura de losfilosilicatos. Como se mencionóanteriormente, la clorita tiene una celdaunitaria monoclínica (a=5.2-5.3 Å, b=9.2-9.3Å, c=13.3-14.4 Å, y β=96°50’) pertenecienteal grupo espacial C2/m. De acuerdo a laestructura propuesta, la celda elementalcontiene dos fórmulas unitarias decomposición aproximada aAl2Mg5Si3O10(OH)8, cuya fórmula generalpuede ser reescrita como(Mg,Fe,Al)6(Si,Al)4O10(OH)8. Asimismo, lafórmula estructural puede ser expresada dela siguiente manera:

(Mg,Fe,Al)3(Si,Al)4O10(OH)2(Mg,Fe,Al)3(OH)6

donde se observan las posibilidades deencontrar tres tipos de cationes en las posicionesoctaédricas, así como átomos de Sipotencialmente reemplazables por Al en lasposiciones tetraédricas.

Considerando la fórmula estructural de laclorita como una combinación de un paquete2:1 (capa tipo talco) con una capa interlaminarde hidróxidos, es posible visualizar la estructurade la siguiente forma:para el paquete 2:1 [ Mg3(Si3,Al)O10(OH)2]

-1

y para la capa de hidróxido [Mg2Al(OH)6]+1

donde es posible notar que la introducción delos átomos de Al en ambos paquetes genera lacarga residual que da origen a la unidad 2:1:1.

En los minerales clasificados comofilosilicatos, la capa tetraédrica (Figura 1a y 1b)está siempre combinada de una o varias manerascon una capa octaédrica, que consiste decationes rodeados por 6 vecinos “más

cercanos”. Esta configuración acepta en suestructura a cationes tales como Al3+, Mg2+, Fe2+,Fe3+ con radios iónicos entre 53 y 86picómetros, (1pm = 1x10-12m), pero no dacabida a cationes más grandes tales como Na+,K+ o Ca2+ (intervalo de radio iónico 113-165pm).

La capa octaédrica consiste en dos planosde oxígenos o hidroxilos acomodadoshexagonalmente. En la Figura 1c se visualizael primero de estos planos, en donde esposible ver que entre cada tres oxígenos existeun hueco, el cual es alternativamente ocupadopor cationes, por átomos de O, o por gruposhidroxilo (–OH) del plano inmediato superior.De esta manera, la designación octaédricaresulta del hecho que, al conectar los seisátomos de O ó hidroxilos “vecinos máscercanos”, se forma un prisma de ocho ladoses decir, un octaedro, el cual descansa, en elcaso de las cloritas sobre una de sus caras(Figura 1d).

Entre cada estructura 2:1 (-t-o-t-), seencuentra una intercapa octaédrica, tambiénconocida como “capa tipo brucita” (denominadaasí por su parecido con dicho mineral), cuyosoctaedros tienen como catión central Mg2+,mismo que puede ser remplazado parcialmentepor Al+3 , Fe2+ o Fe3+ y, en algunos casosexcepcionales Ni y Zn. De esa manera, laestructura de los minerales de clorita puede serrepresentada como:

-t-o-t-brucita-t-o-t-brucita....la cual se ilustra en la Figura 1e.

Cuando la composición de la capaoctaédrica interlaminar contiene cantidadessignificativas de Fe3(OH)6, Fe2(OH)6, óAl2(OH)6, el color del mineral portador cambia,pudiendo ir desde las varias tonalidades deverde, hasta rosa, negro, pardo o amarillo. Otraspropiedades físicas que también se modificancon la composición química son la dureza, ladensidad, y los parámetros estructurales.


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a) b)

c)d)

e)

Capa de (Al, Mg, Fe) octaédrica (tipobrucita

Capa de (Si, Al) tetraédrica

Capa de (Al, Mg, Fe) octaédrica

Capa (Si, Al) tetraédrica

Figura 1. a) Unidad tetraédrica, b) doble unidad tetraédrica, c) unidad octaédrica, d) doble unidad octaédrica,y e) estructura 2:1 formada por una capa tetraédrica y una octaédrica, con una hoja “tipo brucita” intercalada.

En la Figura 2 se representa la capa tipobrucita junto a la estructura 2:1; cuando todaslas posiciones de cationes están ocupadas(generalmente por Mg2+ u otro catión divalente),la estructura de la intercapa se denomina

trioctaédrica (3/3 posiciones ocupadas). Por otrolado, cuando los cationes centrales de laintercapa tienen mayoritariamente estado deoxidación +3, únicamente ocuparán 2/3 de lasposiciones disponibles, en cuyo caso la


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estructura se denomina estructura dioctaédrica(2/3 posiciones ocupadas).

4.1. Politipismo estructural

Cuando las capas que forman la cloritavarían en su posición de apilamiento, laestabilidad de la estructura generada se vemodificada, lo que da origen a variasestructuras denominadas politipos, las cualesdifieren particularmente en su estabilidad. Laposible inestabilidad generada se debe alefecto de las fuerzas de repulsión entre loscationes integrantes de la estructura. Lospolitipos se generan por las diferentestranslaciones de las capas 2:1 con respecto ala hoja de hidróxidos, posición a y posiciónb (Figura 3), y por la dirección de inclinaciónde la intercapa octaédrica de hidróxidos conrespecto de la inclinación de la hojaoctaédrica en la capa 2:1. Si la hoja octaédricase inclina en la misma dirección el politipoes llamado Tipo I, mientras que si se inclina

en la dirección opuesta (causado por unarotación de 180º de la hoja de hidróxidos),entonces se denomina Tipo II. Ambasposibilidades se ilustran en la Figura 4.

Debido a la diferencia en la disposiciónespacial de los cationes en los diferentespolitipos, se ha determinado que algunasdisposiciones estructurales son más estables(y por ende más abundantes) que otras.Estudios teóricos sobre la estabilidad de losdiferentes politipos han demostrado que laposición a se encuentra energéticamentedesfavorecida con respecto a la posición b(Figura 3). Lo que se debe al efecto de lasfuerzas de atracción-repulsión generadasentre los integrantes de la estructura, enparticular, a la distancia tan corta entre Mg ySi (Shirozo y Bailey, 1965). Lo anteriorexplica la abundancia natural de los diferentespolitipos; ya que de un grupo de más de 300cloritas analizadas por su politipo, se hadeterminado que cerca del 80% presentan laestructura IIb (Bailey y Brown 1962).

Figura 2. Proyección de la estructura de la clorita siguiendo la dirección [010]. (Modificada deBesoain, 1985)


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Figura 3. Proyección sobre el plano (001) de la posición de los cationes octaédricos de la hoja dehidróxidos (Mg) y de las posiciones de Si en la hoja tetraédrica de la capa 2:1. (Modificada deMoore y Reynolds, 1997)

Figura 4. Proyección sobre el plano (010) de las estructuras de cuatro politipos de clorita. Cualquiertranslación de las capas 2:1 en el plano x-y debe ser consistente con los requerimientos geométricosdel enlace de hidrógeno entre los O y OH superficiales. Las dos posibilidades a y b se muestran enla Figura 3.


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5. Composición química de las cloritas ysustituciones isomórficas

Desde el punto de vista químico, las cloritasson silicatos hidratados incorporando cationesde tamaño medio en las capas octaédricas,primeramente Mg, Al, y Fe, y ocasionalmenteCr, Mn, Ni, V, Cu, Zn y Li. Forman una serie decompuestos provenientes de una solución sólidacontinua, cuyos miembros terminales contienenmayoritariamente Mg o Fe. La Figura 5 muestrala disposición idealizada de los cationesoctaédricos y tetraédricos en la estructura de laclorita, y la Tabla 2 muestra la composicióntípica de algunos especimenes de cloritas. Sinembargo, la diversidad de ambientespetrogenéticos en las que se forman las cloritastiene como consecuencia que éstas puedanpresentar una gran variedad de composicionesquímicas.

Dentro de la capa tetraédrica, Alcomúnmente sustituye al Si. A partir delanálisis de más de 150 cloritas seleccionadas,se ha estimado que éstas contienen, enpromedio, entre 2.34 y 3.45 átomos de Si porcada cuatro posiciones tetraédricas (Foster,1962). Aun así, la mayoría de las cloritastiende a poseer un contenido mucho mayorde Al en posición tetraédrica que otras arcillas2:1. Como resultado de la substitución Al-Si, se crea un desequilibrio de carga el cuales compensado por la sustitución de Mg porAl ó Fe3+ en la intercapa tipo brucita.Asimismo, las posiciones tetraédricastambién pueden ser ocupadas por Fe3+, B3+,Zn2+ ó Be2+ (Bailey, 1988).

Es posible encontrar otras substitucionesisomórficas en las cloritas, como por ejemploCr, Zn y Mn. Se han reportado especimenes conalto contenido de Cr, Zn y Mn (Tabla 2) encloritas asociadas a depósitos minerales de talesmetales. Esos especimenes, aunque raros,permiten ejemplificar las posibles

substituciones que pueden ocurrir en la capaoctaédrica.

La gran variedad de substitucionesisomórficas observadas en las cloritas esresultado de la “flexibilidad” de la estructuracristalina, así como la facilidad para neutralizarlos desequilibrios de carga generados en la capa2:1, con sustituciones complementarias en laintercapa tipo brucita. La carga formal de lasdiferentes capas de la clorita es variable, y nofácilmente determinable (debido a la dificultadpara establecer la ubicación exacta de cadacatión en los diferentes sitios), sin embargo, eldesequilibrio de cargas entre la estructura 2:1 yla intercapa de hidróxidos, permite que éstas se

Figura 5. Estructura de clorita en la que seobservan las posiciones de los cationesoctaédricos y tetraédricos. (Modificada deBesoain, 1985)


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(% m/m) 1 2 3 4 5 6

SiO2 27.12 25.62 25.07 22.64 32.73 32.0

TiO2 - 0.88 0.12 - 0.00 -

Al2O3 27.68 21.19 19.78 18.60 7.96 12.9

Cr2O3 - - - - 8.31 -

Fe2O3 0.20 3.88 3.50 4.43 - -

FeO 1.24 21.55 35.80 - 2.29 12.5

MnO 0.54 0.35 0.50 38.93 0.02 0.13

NiO - - - - 0.00 -

ZnO - - - - - 30.4

MgO 30.96 15.28 1.11 1.48 34.88 4.40

CaO - 0.16 1.04 - - 1.0

Na2O - 0.00 0.18 - - -

K2O - 0.00 0.93 - - -

H2O+ 12.82 10.87 10.82 9.40 13.82d

H2O- 0.01 0.19 1.13 - - -

Total 100.57 99.97 99.98 96.81 100.01 93.3

Número de iones

Si 5.037 5.364 5.667 5.335 6.38 7.034

Al 2.963 2.636 2.333 2.667 1.62 0.966

Al 3.098 2.595 2.939 2.497 0.22 2.386

Ti - 0.138 0.020 - - -

Cr - - - - 1.28 -

Fe3+ 0.029 0.611 0.594 0.784 - -

Mg 8.57 4.767 .373 0.520 10.16 1.428

Fe2+ 0.193 3.775 6.770 - 0.38 2.290

Zn - - - - - 4.936

Mn 0.085 0.062 0.095 7.770 0.00

Ca - 0.035 0.251 - -

OH- 15.89 15.180 16.320 16.000 16.00

Tabla 2. Composición química (% m/m) de cloritas de seis localidades. 1) Mg-Al esquisto de clorita(clinochloro)-talco-serpentina. Camberousse, Savoy, Francia (Orcel, J., 1927). 2) Mg-Fe clorita, en esquistode clorita-epidota-albita, Limebury Point, Salcombe Estuary, S.D. UK (Tilley, 1938). 3) Fe-clorita(chamosita), veta en granito. Silent Valley quarry, east Mourne Mountains, norte de Irlanda (Nockolds yRichey, 1939). 4) Clorita de Mn (pennantita), mineral de manganeso, Benallt mine, Rhiw, Caernarbonshire,Wales, UK (Smith, 1946). Incluye BaO 1.33. 5) Clorita de Cr (kammererita), Gumushane, Turquia (Phillipset al., 1980. Análisis en microsonda; todo el Fe como FeO. 6) Clorita de Zn (baileycloro), veta de calcitaen brecha conteniendo andesita alterada y un skarn de granate-vesuvianita, Chillangoe; Queensland,Australia (Rule y Radke, 1988). Todas las referencias se recopilaron a partir de Deer et al. (1992).


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mantengan unidas por simple atracciónelectrostática.

Adicionalmente, la cercanía entre ambosestratos permite la formación de enlaces porpuentes de hidrógeno entre los átomos de Otetraédricos y los hidroxilos de la intercapa(Figura 6). confiriendo mayor rigidez a laestructura de la clorita. La relevancia de lospuentes de hidrógeno en el contexto de laestructura de la clorita es tal que, en principio,podría existir una clorita formada por capasy hojas sin carga formal y, aun así, estar unidaa través de enlaces por puentes de hidrógeno,sin embargo, no se conoce ningún espécimencon estas características.

Finalmente, cabe mencionar que lacomposición de las cloritas se puede obtenermediante análisis por vía húmeda oespectrometría de fluorescencia de rayos-Xde separados minerales. Sin embargo, en laactualidad los resultados más confiables yrobustos son obtenidos a partir del micro-análisis de especimenes con microsonda derayos-X acoplada a un microscopioelectrónico.

6. Nomenclatura y Clasificación

Dada la variedad de sustitucionesisomórficas posibles en la estructura de laclorita, se han propuesto gran variedad denombres y esquemas de clasificación. Estosúltimos han variado con los años enconcordancia con los nuevos conocimientossobre la composición, propiedades yestructuras. Un resumen de las clasificacionesprevias puede ser consultado en Bailey(1975).

La clasificación que a continuación sedescribe sigue el esquema recomendado por elComité de Nomenclatura de la AssociationInternationale pour l’Etude des Argiles

(AIPEA), Bailey (1980b), según el cual el grupode la clorita es dividido en cuatro subgrupos:

1) Cloritas trioctaédricas (tri-tri). Son todasaquellas cloritas en las que tanto la capa tipotalco como la tipo brucita son trioctaédricas, porlo que también son denominadas tri-tri. Éstashan sido a su vez subdivididas de acuerdo a lassugerencias de Bayliss (1975), en las cuales elcatión octaédrico divalente dominantedetermina el nombre de la especie:Clinocloro para Mg dominante [miembroterminal = (Mg5Al)(Si3Al)O10(OH)8]Chamosita para Fe2+ dominante [miembroterminal = (Fe5

2+Al)(Si3Al)O10(OH)8]Pennantita para Mn2+ dominante [miembroterminal = (Mn5

2+Al)(Si3Al)O10(OH)8]Nimita para Ni2+ dominante [miembro terminal= (Ni5Al)(Si3Al)O10(OH)8],

Figura 6. Proyección de la estructura de laclorita sobre el plano ab donde se puedenobservar los posibles puentes de hidrógenoentre las capas 2:1 y los hidróxidos de laintercapa (modificada de http://www.soils.umn.edu/virtual_museum/chlorite/index.html 15/III/05)


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Baileycloro para Zn2+ dominante [miembroterminal = (Zn5Al)(Si3Al)O10(OH)8]

2) Cloritas dioctaédricas (di-di). En estesubgrupo tanto la capa tipo talco como la tipobrucita son dioctaédricas (di-di). Este tipo decloritas es más bien raro y la variedad másrepresentativa de este grupo es la donbassita. Enlas cloritas di-di el total de cationes octaédricos,principalmente Al, es poco mayor que 4.0 porfórmula unitaria, y se caracterizan por tener unplano cristalográfico (060) que mide entre 1.49 y1.50 Å, característica que permite su identificaciónpor difracción de rayos X (ver más abajo).

3) Cloritas di, trioctaédricas (di-tri). En estesubgrupo, la capa 2:1 es dioctaédrica, pero laintercapa es trioctaédrica. Los ejemplos másrepresentativos de este tipo de cloritas son lacookeíta y sudoíta. La primera es rica en Al yLi, ([Al2(Si3Al)O10(OH)2]-1[LiAl2(OH)6]

+1),mientras que la sudoíta es rica en Al pero pobreen Li, (Al2(Si3.3Al0.7)O10(OH)2]

-0.7 [(Mg2.3Al0.7)(OH)2]

+0.7). En las cloritas di-tri, los cationesoctaédricos son cerca de 5.0 por fórmula unitariay el espaciado en la familia de planos d(060)varía entre 1.49 y 1.51 Å.

4) Cloritas tri, dioctaédricas (tri-di). En estesubgrupo la capa 2:1 es trioctaédrica, mientrasque la intercapa es dioctaédrica. El únicoejemplo conocido de este subgrupo de cloritases la franklinfurnaceita, la cual puede ser

clasificada como estructuralmente intermediaentre una clorita y una mica quebradiza debidoa la presencia de calcio entre la capa “tipo talco”y la intercapa “tipo brucita”. La fórmula reflejala complejidad de su estructura,Ca1.875(Mn2+

2.235Mn3+1.12Fe3+

0.97Al0.065Zn0.555Mg0.125)5.07(Si2.085Zn1.195)O10.125(OH)7.785 lo cual la haceúnica en su tipo. Este espécimen fue hallado enla mina Franklin, New Jersey y ha sido descritocomo un mineral hojoso de color café oscuro(Dune et al., 1987).

X 0 < R < 0.2 0.2 < R < 0.5 (0.8) 0.8 < R < 1

2.0 Amesita Corundofilita Pseudoturingita

2.0 - 1.5 Corundofilita Rapidolita Dafnita

1.5 - 1.2 Sheridanita Picnoclorita Braunsbigita

1.2 - 0.9 Clinocloro Diabantita

0.9 - 0.5 Pennita

0.5 - 0.2 Talco-clorita

Tabla 3. Clasificación de las cloritas. Modificación de Hey (1954).

2.0 2.2 2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4 3.6 3.8 4.0

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

Diabantita

Chamosita

Brunsvigita

PennitaClinocloroSheridanita

Fe(II)/(Fe(II)+M

g(II))

Posiciones fórmula ocupadas por Si

Figura 7. Campos correspondientes a algunasde las especies de cloritas más representativasconsiderando su relación Fe-Mg vs. elcontenido de átomos de Si por celda.


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6.1. Otras clasificaciones

Hey (1954), propuso un sistema declasificación de las cloritas basado en elcontenido de AlIV (en posición tetraédricareemplazando a Si) por fórmula unitaria (X)y la relación de Fe2+/Mg+2 por fórmula unitaria(Fe2+/ Fe2++Mg2+=R). De esta manera, esposible clasificar e identificar de manerarápida y sencilla a las cloritas de acuerdo asu posición en la Figura 7, o de acuerdo conlos criterios establecidos en la Tabla 3.

Otra clasificación de las cloritas estabasada en la diferencia, contenido y relaciónde los elementos que las forman (Tabla 4).Así, cloritas con una relación de número deiones Mg2+/Fe2+>1 se denominan talco-cloritas, mientras que aquellas con unarelación Mg2+/Fe2+<1 se denominan ferro-cloritas. Asimismo, aquellos especimenes quecontienen Fe3+ se denominan ferricloritas.Cuando parte de los hidroxilos se reemplazanpor H+ (Fe2+ + (OH)- ⇒ Fe3+ + O2- + H+) seles denomina leptocloritas.

7. Identificación

Algunas cloritas pueden ser distinguidasde otros minerales por observaciones a simplevista, no sin estar en riesgo de cometererrores, ya que carecen de propiedades físicasinequívocas que permitan hacer ladiferenciación. La identificación ycaracterización de los minerales que integranel grupo de las cloritas se realizaprincipalmente por difracción de rayos X(DRX), y con el apoyo de microscopiopetrográfico para medir las propiedadesópticas del mineral. Otras técnicas útiles son:análisis térmico diferencial, espectroscopia deinfrarrojo, análisis Mössbauer, y microsondade rayos-X acoplada a un microscopio

electrónico. Esta última técnica no se describeen este trabajo ya que sale de los alcances delmismo.

7.1. Difracción de rayos-X en muestras conorientación preferencial

Las cloritas presentan cuatro reflexionesbasales (de orden entre 1 y 4), observables entre2º y 35º 2θ. Se localizan cercanas a los 14.2Å,7.1Å, 4.75Å, y 3.53Å (Figura 8). Lasintensidades relativas de esos picos varían conel contenido de Fe. En particular, cuando elcontenido de Fe aumenta, las reflexiones deorden 1 y 3 decrecen con respecto de las deorden 2 y 4.

La principal dificultad para la identificaciónde cloritas por DRX es debida a la presencia decaolinita, con quienes se encuentra asociadafrecuentemente. Ambos minerales tienen algunasreflexiones que se encuentran muy cercanas,prácticamente traslapadas. Otras reflexiones declorita que no están traslapadas con las de caolinita,desafortunadamente suelen ser muy poco intensasen algunas variedades, en especial aquellas ricaen Fe. En la Figura 8 se muestran losdifractogramas de clorita y caolinita de 2 a 30º(2θ), en donde se visualizan las reflexiones 002 y004 de clorita traslapadas con las 001 y 002 decaolinita. Aunque tales reflexiones pueden serresueltas parcialmente en un difractómetro de altaresolución, hay algunos procedimientos

Nombre Característica

Talco-cloritas Mg2+/Fe2+>1

Ferro-cloritas Mg2+/Fe2+<1

Ferri-cloritas Fe3+ es el catión dominante

Lepto-cloritas H+ remplazando a (OH)1- en la Intercapa

Tabla 4. Clasificación de cloritas por surelación de iones en la capa octaédrica y en laintercapa. (Besoain, 1985)


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alternativos que igualmente permiten diferenciarla mezcla clorita/caolinita. Uno de talesprocedimientos requiere la intercalación dedimetilsulfóxido (DMSO), o algún otrodisolvente polar que forme puentes dehidrógeno altamente estables, lo que provocaun desplazamiento de la reflexión d(001) de lacaolinita de 7.15 a 11.2 Å debido alensanchamiento de la familia de planos (00l).Otro procedimiento involucra la disolución dela clorita en HCl con el fin de verificar la presenciade la caolinita, que es más resistente a ese ataqueácido. Sin embargo, esta prueba es falible ya queno todas las cloritas son atacadas por el HCl,siendo especialmente renuentes las variedadesricas en Mg. Por otra parte, no hay que descartarque el análisis de mezclas en muestras sinorientación preferencial puede apoyar en la

identificación de estos minerales por medio de lasreflexiones diferentes a 00l.

Las cloritas reaccionan al tratamiento térmicoa 550 ºC, ocurriendo un reordenamiento estructuralque causa el aumento en la intensidad del pico a14.2 Å y la disminución o desaparición de los picosde orden superior, provocado por el movimientode cationes en la hoja de hidróxidos, posiblementea la base de la hoja tetraédrica, o a la pérdidadefinitiva de los mismos. Por lo que el resultadodel calentamiento a 550°C también puede serutilizado como un elemento de diferenciación, yaque la caolinita sufre una fuerte disminución en laintensidad de los picos respecto a los de la clorita.A diferencia de otras arcillas, las cloritas noresponden a saturaciones o solvataciones condiferentes cationes, tampoco responden a laintercalación de dimetilsulfóxido ( Figura 9).

Figura 8. Comparación de diagramas deRayos-X con muestra policristalina dec lor i ta con a l to conten ido en Fe ycaol in i ta bar r idos de 2 a 30º 2è ,mostrando el traslape de las reflexionesde (002) y (004) de clorita con las (001)y (002) de caolinita (fracción orientadapreferentemente). (Modificada de Moorey Reynolds, 1997)

Figura 9. Patrones experimentales de DRXpara diferentes preparaciones de un mineralde clorita. (Modificado de Eslinger y Pevear,1998)


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7.1.a. Muestras con orientación aleatoria

Las reflexiones basales arriba mencionadasse presentan en los difractogramas típicos deespecimenes de clorita en fracción orientada.Sin embargo, de especial interés es la reflexióncorrespondiente al plano 060 obtenida en eldiagrama de polvos orientados aleatoriamente.Esta reflexión, aunque de baja intensidad,permite resolver perfectamente la dimensión bde la celda unitaria y, por ende, determinar elgrado de ocupación en la capa octaédrica, esdecir permite distinguir entre los tipostrioctaédricos y dioctaédricos de clorita. Enespecimenes trioctaédricos, el rango deaparición de la reflexión (060) es de 1.538-1.549Å (Bailey, 1980). Cabe mencionar que lapresencia de cuarzo en la muestra puederepresentar una interferencia significativadurante la caracterización de especiestrioctaédricas, ya que éste tiene una reflexiónen 1.542 Å, que puede interferir con la reflexiónde cloritas trioctaédricas. Los tres tipos decloritas dioctaédricas (di-di, di-tri y tri-di)presentan su reflexión (060) cercana a 1.50 Å.

7.2. Otros métodos de identificación

7.2.a. Microscopio petrográfico

Los principales factores que influencian laspropiedades ópticas de las cloritas son larelación Fe/Mg y el reemplazo de Si por Al.Los índices de refracción se incrementan conel aumento en contenidos de Fe y Al. Las cloritasricas en Fe tienen signo óptico negativo, en tantoque las ricas en Mg tienen signo óptico positivo.En cloritas con relaciones Fe/Mg intermedias,la diferencia de los índices de refracción de lasdos vibraciones en el plano (001) es pequeña ylos minerales muestran una anisotropía pocoperceptible. El signo de elongación es opuestoal signo óptico y es más fácilmente obtenido

que el signo óptico en especimenes de granofino. Las cloritas con alto contenido de Feexhiben un pleocroismo más intenso. Loscolores de interferencia anómalos son comunes,las variedades ricas en Mg en cafés y las ricasen Fe, en violeta o azul. En la Tabla 5 sepresentan un resumen de las propiedades ópticasde las cloritas.

7.2.b. Análisis térmico diferencial

El análisis térmico diferencial (DTA), sueleser de gran ayuda para determinar losconstituyentes de la capa octaédrica, ya que lospicos generados son característicos para cadauno de los posibles cationes Al, Fe o Mg,asociados a grupos -OH. La Tabla 6 resumealgunos datos básicos para la caracterización decloritas por DTA.

7.2.c. Espectroscopia de Infrarrojo

El estudio de las bandas de absorción delespectro infrarrojo en la región de 9.0 a 10.5µm (flexión Si-O) permite determinar lacantidad de Si remplazado por Al y el contenidode Fe de las cloritas naturales. La cantidad desustitución tetraédrica puede ser estimada apartir del número y las formas de las bandas enesa región. También puede ser medido elcontenido total de Fe a partir de la posición dela banda de máxima absorción en la mismaregión (Tuddenham y Lyon, 1959). Ladeterminación cuantitativa del Al octaédrico ytetraédrico puede ser realizada por la posiciónde la banda (Si-O) ubicada en la región entre665 y 685 cm-1 (Stubican y Roy, 1961). Hayashiy Oinuma (1965 y 1967) estudiaron el espectrode las cloritas naturales en las regiones 450-1200 y 3200-3800 cm-1, concluyendo que lascloritas dioctaédricas (probablemente di-tri), sereconocen por la fuerte absorción en 475-555,692, 3340, 3520 y 3620 cm-1, y por la carencia


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Clorita (Mg, Fe2+,Fe3+, Mn,Al)12((Si,Al)8O20)(OH)16

Monoclínico (+)(-)

�

1.57-1.67

1.57-1.69

�

1.57-1.69

�

0.002-0.02

2V 20(-)-60º(+)

Orientación Bxa aprox. Perpendicular a (001); O.A.P. (010) o ? (010)

Dispersión r<ν fuerte

Crucero {001} perfecto

maclado (a) plano de maclado {001}; (b) eje de maclado [310] plano

de composición {001}

Color Verde, blanco, rosa amarillento, rojo, cafés; en su mayor parte

sin color o verdes en sección delgada

PleocroismoDébil a moderado con ambos α< β = γ o α = β> γ

Mineral

Peso perdido

300-1000ºC

Constituyente

Transformado Reacción

Pico en DTA

ºC

OH-Fe dehidroxilación 250-550

OH-Al dehidroxilación 500-750Clorita 14%

OH-Mg dehidroxilación 650-850

Tabla 5. Algunas propiedades ópticas de las cloritas en sección delgada. (Deer et al., 1992)

Tabla 6. Datos térmicos para cationes contenidos en la capa octaédrica de cloritas. (Besoain, 1985)


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de absorción en 760cm-1. Esa banda deabsorción es notable para las cloritastrioctaédricas ricas en Mg y es fuerte para lasespecies ricas en Fe.

7.2.d. Espectroscopia Mössbauer

El análisis del espectro Mössbauer es degran utilidad en cloritas para determinar lasrelaciones Fe2+:Fe3+. También permitedeterminar el Fe en posiciones tetraédricas ylas cantidades de Fe2+ y Fe3+ en sitios octaédricosde la capa 2:1. Los resultados en cloritas hansido menos satisfactorios que en el caso de lasmicas, debido a que la estructura de las cloritases algo más compleja, sin embargo lasaplicaciones han ido en aumento durante losaños recientes, facilitando los estudiosestructurales (Smyth et al., 1997; Ferrage et al.,2003), así como permitiendo delinear losprocesos que les dieron origen (Dekayir et al.,2002).

8. La clorita como geotermómetro

Debido a que las cloritas son minerales queestán comúnmente presentes en rocasmetamórficas, la información de su disposiciónestructural y su composición química ha sidoutilizada como indicador de las condiciones detemperatura (geotermómetro) a la cual seformaron y, por lo tanto, del depósito mineralal cual están asociadas. Los geotermómetroscalibrados involucrando este mineral, suelen serde gran utilidad en el entendimiento de lahistoria metamórfica de una zona. Muchascalibraciones involucran el intercambio AlIV-SiIV

o FeVI-MgVI, y varían en el grado decuantitatividad de la calibración composición-temperatura.

El geotermómetro desarrollado por Hayes(1970) establece que el politipismo de las

cloritas es parcialmente dependiente de latemperatura de formación y, por lo tanto, esposible inferir las condiciones de formación dela clorita a partir del politipismo observado. Estemétodo, además de ser altamente cualitativo,no puede diferenciar entre cloritas autigénicasy detríticas; asimismo, no ha habido hasta elmomento estudios suficientes que establezcanel mecanismo y condiciones termodinámicasasociadas a la transformación entre losdiferentes politipos de la clorita.

Entre los métodos que buscan establecerla paleotemperatura de formación de undepósito basados en la composición químicade las cloritas, el más sencillo está basado enel establecimiento de una calibración entrela composición de la clorita (por ejemplonúmero de AlIV) con la temperatura. Loanterior se logra estudiando la composiciónde la clorita procedente de depósitos dondehay un control estricto de temperatura y otrasvariables termodinámicas (Cathelineau yNieva, 1985), para luego poder aplicar talcalibración a depósitos minerales formadosen condiciones semejantes a las de lacalibración. Este método es muy útil, pues lacalibración resultante engloba, aunque no demanera explícita, a la mayoría de las variablestermodinámicas que pueden afectar lacomposición química de la clorita. Sinembargo, se ha demostrado que este tipo degeotermometría puede ser también sensiblela composición de algunos mineralesasociados a la clorita, tal como la biotita (deCaritat et al., 1993), y su uso no debe serextrapolado a depósitos que no se encuentrendentro de las condiciones de la calibraciónsin considerar previamente el efecto de otrasvariables termodinámicas (Martinez-Serranoy Dubois, 1998).

Otro geotermómetros basados en lacomposición de la clorita son significativamentemás sofisticados y, por lo tanto, pueden producir


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resultados más robustos. Por ejemplo, Walshe(1986) desarrolló un geotermómetro basado enlas propiedades termodinámicas de la clorita,la cual considera como una solución sólida de6 componentes. De esta manera, la actividadde éstos puede ser calculada a partir de lacomposición de la clorita y, asumiendo que estáen equilibrio con cuarzo, la actividad de cadacomponente es utilizada para determinar lascondiciones fisicoquímicas (temperatura,aH4SiO4, aAl3+/(aH+)3, aR2+/(aH+)2, aH2O y fO2,donde a es actividad y f es fugacidad) bajo lascuales precipitó.

El geotermómetro desarrollado porHutcheon (1990) es de mayor especificidad quelos sistemas descritos con anterioridad. Estegeotermómetro busca establecer las condicionesde temperatura de formación de cloritas que sehan generado a partir de la reacción entrecaolinita y carbonato, por lo que es de granutilidad en el estudio de cloritas metamórficasy sedimentarias, pero no para aquellas de origenhidrotermal. Este sistema requiere que losfluidos se encuentren saturados en CO2 y queno se encuentren o estén cerca del punto deebullición.

En general se ha establecido que ningunode los geotermómetros aquí descritos puedeser aplicado en un rango amplio decomposiciones de AlIV, Fe/(Fe+Mg),asociaciones minerales y temperaturas, ya quela composición química de las cloritas no sóloes el resultado directo de las condiciones detemperatura a las que precipitó, sino tambiénde la composición de algunos mineralesasociados, tales como biotita, así como lacomposición química y mineral de la rocatotal. De esta forma, la clorita comogeotermómetro debe emplearse con cautela,sobretodo en aquellos casos en los que no sepuede establecer con precisión el efecto de lacomposición química y mineral de la rocatotal sobre la clorita (de Caritat et al., 1993).

Actualmente, los resultados más confiablesse obtienen usando geotermómetrosminerales mixtos, tales como clorita-grante,clorita-cloritoide y clorita-biotita (Laird,1988).

9. Alteración por intemperismo

Las cloritas trioctaédricas brucíticas que seencuentran en algunas rocas no son estables enel perfil de meteorización, particularmente bajocondiciones de oxidación, pero las cloritasalumínicas que se encuentran con frecuencia enlos suelos, son comunes aún en ambientesácidos. El proceso de intemperismo se inicia alperder Mg de la capa de brucita para formarvermiculita a través de clorita/vermiculita comointermediario interestratificado (Bernal, 2003).

Murakami et al. (1996) sugieren que parala variedad rica en Mg (clinocloro), latransformación que sufren las cloritas endiferentes ambientes al pasar hasta caolinita, sehace según la secuencia:Clorita –> clorita-vermiculita intergradada –>clorita-vermiculita interestratificada –>vermiculita –> caolinita.

La transformación ocurrida en el 2º paso sedebe a la transformación incompleta de cloritaen vermiculita; con lo que tal vez la secuenciade conversión podría ser más simplementeexpresada como sigue:Clorita –> vermiculita –> caolinita

Por otra parte, se ha sugerido que lachamosita forma el interestratificado clorita/smectita (corrensita de baja carga), originadacon la pérdidad de Fe+2 (posiblemente poroxidación) y la formación de clorita/smectitainterestratificada como intermediario, el cualeventualmente se transforma completamenteen smectita (Figura 10). Esa transformacióninvolucra el paso de Fe2+ a Fe3+, lo cual puedeocurrir dentro o fuera de la estructura cristalina.


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En el primer caso, el inherente cambio en lageometría de la coordinación del Fe causa unadeformación de la estructura octaédrica delmineral, introduciendo tensión y haciendo quela fase resultante sea más lábil al intemperismoposterior (Aspandiar y Eggleton, 2002; Bernal2003).

El fenómeno de intemperismo estámodulado por la profundidad a la que seencuentran los sustratos sujetos de alteración,así, en esquistos de cuarzo-clorita, la secuenciacompleta se puede desarrollar rápidamente enapenas 6 m, dando paso a vermiculita yfinalmente desapareciendo esta para permitir laaparición de la caolinita, misma que permaneceestable hasta la superficie (Murakami et al,1996).

10. Conclusiones

Las cloritas son un grupo de mineralescomplejos, en particular debido a lassustituciones isomórficas que se puedenpresentar tanto en hojas tetraédricas como enoctaédricas simultáneamente. Lo anterior haprovocado que conforme se han ido estudiandoy comprendiendo esas estructuras, también sehan desarrollado diversos tipos de clasificación,sea por sus propiedades cristalográficas o porsu composición química. Las cloritas másabundantes son las trioctaédricas (tri-tri),formadas por series sólidas que varían entrecontenidos altos de Fe y contenidos altos de Mg.Los minerales para esas composicionesextremas son chamosita y clinoclororespectivamente. Hay otro tipo de cloritas comolas dioctaédricas (di-di) y las tri, dioctaedricas(di-tri y tri-di), que son menos abundantes, dehecho, las variedades tri-di sólo tienen unaespecie representante, que es lafranklinfurnaceita. Aunque se encuentranampliamente distribuidas en rocas, sedimentos,

suelos, y aún en condritas carbonosas, no sonminerales muy abundantes pero si proporcionaninformación muy importante de los ambientesen los que se forman. La búsqueda de esesignificado es lo que ha provocado el interéscientífico en comprender como se forman, elporqué de esas variaciones en la composiciónquímica, y cuales son los productos que se creancuando las cloritas sufren procesos de alteraciónpor intemperismo. Es necesario mencionar, sinembargo, que la información aquí contenida deninguna manera es exhaustiva ya que, debido alos alcances de este trabajo, se ha omitidoinformación de microscopia electrónica detransmisión de alta resolución (HRTEM) y desonda de rayos-X, también se ha presentado

Figura 10. Resumen de reacciones deintemperismo de la clorita. FeOx indica laformación de oxihidróxidos de Fe comosubproductos (Bernal, 2003). Mg2+ indica elMg perdido en cada estadio.


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información muy resumida sobre el análisistérmico de las cloritas. Por tal motivo se refiereal lector interesado complementar lainformación consultando las referenciasmencionadas, en particular Moore y Reynolds(1997).

Agradecimientos

Los autores desean agradecer al Dr. MàriusRamírez Cardona sus valiosos comentarios, loscuales permitieron mejorar el contenido de estetrabajo.

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