MINERALOGÍA TEMA 27 27-4...
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Celia Marcos Pascual MINERALOGÍA TEMA 27 27-4 INOSILICATOS ÍNDICE 27.4.1 Piroxenos 27.4.2 Anfíboles
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Marcos
Pascua
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MINERALOGÍA
TEMA 27
27-4 INOSILICATOS
ÍNDICE
27.4.1 Piroxenos
27.4.2 Anfíboles
Celia
Marcos
Pascua
l
Los inosilicatos constituyen alrededor del 16% del peso de la corteza terrestre y
se caracterizan porque en ellos los tetraedros de silicio (SiO4) se enlazan formando
cadenas al compartir oxígenos con los tetraedros adyacentes.
Figura 27.4.1.- Unidad estructural básica de los insilicatos.
Estas cadenas sencillas pueden unirse lateralmente para formar cadenas dobles.
Así, se diferencian:
Piroxenos
inosilicatos de cadena simple.
Anfíboles
inosilicatos de cadena doble.
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27.4.1 PIROXENOS
Es uno de los principales componentes de las rocas ultrabásicas y básicas,
también aparecen en otras condiciones geológicas. Se caracterizan porque la
periodicidad de la cadena de tetraedros es 2, de manera que la relación Si:O es 2:6 =
1:3, de modo que la carga neta es (SiO3)2-
• Estructura cristalina
La estructura se puede describir como compuesta de:
• Cadenas simples de tetraedros de silicio paralelos al eje c cristalográfico y
• Cadenas de poliedros (octaedros) que comparten aristas y son paralelas a las
cadenas de tetraedros de silicio
• Los poliedros pueden ser de dos tipos:
M1 con Mn2+, Fe2+, Mg2+, Fe3+, Al3+, Cr3+, Ti4+. Son muy regulares, tienen
coordinación 6 y son más pequeños que los poliedros M2.
M2 con Na+, Ca2+, Mn2+, Fe2+, Mg2+, Li+. Son mayores que los poliedros M1.
En los piroxenos monoclínicos suelen estar muy distorsionados y tienen
coordinación 8.
Figura 27.4.2.- Proyección de la estructura de un piroxeno mostrando las posiciones
tetraédrica, las octaédricas M1 y M2
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Respuesta de la estructura a cambios de T, P y composición
Las posiciones M1 y M2 se expanden por:
• Aumento de la temperatura
• Disminución de la presión
• Entrada de cationes de tamaño más grande
Las posiciones M1 y M2 se contraen por:
• Disminución de la temperatura
• Aumento de la presión
• Entrada de cationes de tamaño más pequeño.
La respuesta de la estructura a esta nueva situación es cambiar la longitud de la
cadena de tetraedros de silicio. Hay dos posibles sentidos de giro en las cadenas de
tetraedros para acomodarse a la nueva situación, los denominados S y O.
Figura 27.4.3.- Derecha: Cadena de tetraedros y octaedros sin girar. Centro: Cadena S
girada (φ es el ángulo de giro) de tetraedros. Derecha: Cadena O girada de tetraedros,
por acortamiento de la cadena de octaedros.
Cuando las cadenas adyacentes no son del mismo tipo pierden su equivalencia y se
reduce la simetría del grupo espacial.
• Modelos de estructuras de piroxenos mediante haces I
Un haz I es la alternancia de capas tetraédricas (t) y octaédricas (o) en la forma t-o-
t.
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En piroxenos el haz I lo compone un par de cadenas opuestas de tetraedros de Si y
poliedros M1 entre los vértices de los mismos. Este haz I se dispone a lo largo del
eje c
Figura 27.4.4.- Modelo de haces I
También en los anfíboles se describe la estructura mediante haces I.
• Características químicas:
La fórmula general de los piroxenos es XYSi2O6.
Los cationes X ocupan la posición estructural M2, con coordinación 6 u 8.
Los cationes Y ocupan las posiciones octaédricas M1 entre los ápices de los
tetraedros de las cadenas adyacentes.
La conducta de las soluciones sólidas en piroxenos y anfíboles es similar:
A T alta son posibles soluciones sólidas en un extenso rango composicional.
A bajas T ocurren cambios estructurales controlados por el tamaño de los
cationes que ocupan la posición M2 y la extensión de la solución sólida se
reduce. Hay desmezcla y aparición de lamelas de exolución, las cuales
presentan orientación cristalográfica definida.
Los piroxenos se clasifican en función de la ocupación de la posición M2 en:
1. Ortopiroxenos
Incluyen a:
Enstatita-Ferrosilita
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Enstatita
Hiperstena
• Cristalografía:
Cristalizan en el sistema rómbico, grupo espacial es Pbca.
El parámetro de celda a es aproximadamente 2asenβ en relación al
parámetro de celda a de los clinopiroxenos.
• Estructura cristalina:
Las posiciones M1 y M2 albergan cationes pequeños.
Las cadenas de tetraedros de silicio no son equivalentes.
Los ortopiroxenos se transforman a clinopiroxenos a altas T, pues al ser
mayores las posiciones M se adaptan mejor a estructuras C2/c.
• Características químicas:
La posición M2 está ocupada por Fe2+ y Mg2+. La posición M2 es
demasiado pequeña para el Ca2+ por lo que no hay solución sólida entre
ortopiroxenos y clinopiroxenos.
La zona sombreada de la Figura 27.4. representa la extensión de la solución
sólida de los piroxenos. A altas temperaturas hay solución sólida completa
entre la augita y la pigeonita. Wollastonita
Diópsido Hedenbergita
EnstatitaFerrosilita
CaSiO3
FeSiO3MgSiO3
0
10
20
30
40
60
70
80
90
100
Augita
Pigeonita
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Figura 27.4.5.- Diagrama ternario de composición mostrando la la extensión de la
solución sólida de los piroxenos.
Los ortopiroxenos pueden contener lamelas paralelas al plano (100) de
clinopiroxenos ricos en Ca. A alta T el ortopiroxeno cristaliza con algo de calcio
en la estructura y al enfriarse se exuelve el exceso de calcio en forma de lamelas
paralelas a (100). En el transcurso de la cristalización, la proporción Mg:Fe en el
líquido disminuye. Al alcanzar el valor 70:30, el ortopiroxeno es reemplazado
por un clinopiroxeno pobre en Ca (pigeonita).
La pigeonita puede contener un exceso de calcio a alta T. Al enfriarse se exuelve
como lamelas de clinopiroxeno ricas en calcio. Estas lamelas son paralelas al
plano (001) de la pigeonita monoclínica. En el transcurso del enfriamiento la
pigeonita empobrecida en calcio pasa a ortopiroxeno con lamelas de
clinopiroxeno rico en calcio paralelas al plano (001) de la pigeonita original.
2. Clinopiroxenos
Incluyen a:
Magnesio-hierro
Pigeonita
Cálcicos
Diópsido
Hedenbergita
Augita
Sódico-cálcicos
Onfacita
Aegirina-augita
Sódicos
Jadeita
Litio
Espodumena
• Cristalografía:
Cristalizan en el sistema monoclínico. La simetría se reduce como
consecuencia de albergar cationes más grandes.
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Figura 27.4.6.- Formas cristalinas (izquierda) y simetría (derecha) de la augita
Figura 27.4.7.- Formas cristalinas (izquierda) y simetría (derecha) de diópsido
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Figura 27.4.8.- Formas cristalinas (izquierda) y simetría (derecha) de espodumena.
• Estructura cristalina:
Las posiciones M1 y M2 albergan cationes pequeños.
Las cadenas de tetraedros de silicio no son equivalentes.
Los ortopiroxenos se transforman a clinopiroxenos a altas T, pues al ser
mayores las posiciones M se adaptan mejor a estructuras C2/c.
Figura 27.4.9.- Estructura cristalina del diópsido
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• Características químicas:
Se caracterizan porque la posición M2 está ocupada por Ca+ o Na+.
La serie diópsido - hedenbergita forma una solución sólida que tiene una
estructura próxima a la estructura ideal de los piroxenos, con simetría
monoclínica y grupo espacial C2/c.
La augita forma parte también de esta solución sólida, y su estructura es
similar aunque la composición varía algo pués el Si4+ es algo reemplazado
por el Al3+, de modo que las cargas son compensadas por la presencia de
cationes de valencia más elevada (Fe3+, Al3+, Si4+) en las posiciones M.
En la pigeonita, que es más pobre en Ca, la estructura C2/c sólo se
mantiene a alta T (pigeonita de alta T), pues a baja T la estructura se
contrae y las cadenas de tetraedros de silicio giran en sentido contrario,
perdiendo su equivalencia y por tanto simetría, pasando al grupo espacial
P21/c (pigeonita de baja T).
A alta T hay solución sólida completa entre la augita y la pigeonita de alta
T, en base a las consideraciones anteriores.
Los clinopiroxenos ricos en calcio también contienen lamelas de exolución,
las paralelas a (100) son de ortopiroxeno y las paralelas a (001) son de
pigeonita. Si el enfriamiento procede las lamelas de pigeonita pasan a
ortopiroxeno, en forma de lamelas paralelas a (100).
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27.4.2 ANFÍBOLES
Son similares en muchos aspectos a los piroxenos.
• Estructura cristalina:
Poseen doble cadena de tetraedros de silicio (paralela al eje c).
La fórmula general de las cadenas es (Si4O11)6-.
La mitad de los tetraedros comparte tres vértices y la otra mitad dos.
Unos tetraedros apuntan hacia arriba y otros hacia abajo.
Las posiciones M, que también forman cadenas, se sitúan entre los vértices y las
bases opuestos. Se distinguen 4 tipos de posiciones M: M1, M2 y M3 comparten
aristas y se sitúan entre los vértices de tetraedros opuestos. La posición M4 se sitúa
entre las bases de los tetraedros opuestos. Tiene coordinación 8 (Ca2+) o 6 (Fe2+ o
Mg2+) La posición A puede estar vacía o parcialmente ocupada o totalmente
ocupada por cationes grandes situados en los círculos que dejan las dobles cadenas,
como los grupos OH.
Figura 27.4.10.- Esquema de la doble cadena de tetraedros de silicio paralela al eje c
(superior). Vista desde el eje c de la doble cadena a lo largo (inferior).
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l Figura 27.4.11.- Esquema de la estructura de un anfíbol mostrando la ubicación de los
poliedros M1, M2, M3, M4 y la posición A.
Figura 27.4.12.- Estructura cristalina de tremolita
Respuesta de la estructura a cambios de T, P y composición
Al igual que en los piroxenos, los anfíboles responden a cambios de T, P o de
composición girando los tetraedros de silicio para mantener unidas las cadenas que
forman con las de los cationes.
• Características químicas:
Las zonas sombreadas en el diagrama de composición muestran la extensión de la
solución sólida.
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lantofillita cummingtonita-grunerita
tremolita
50
60
70
80
90
100
actinolita Ferroactinolita
Figura 27.4.13.- Diagrama de composición mostrando la extensión de la solución sólida
de los anfíboles
A T alta hay solución sólida completa entre actinolita y cummingtonita.
La conducta de las soluciones sólidas de anfíboles es similar a la de piroxenos.
A T alta son posibles soluciones sólidas en un extenso rango composicional
A bajas T ocurren cambios estructurales controlados por el tamaño de los cationes,
en este caso los que ocupan las posiciones M4 y A.
Hay 4 grupos principales de anfíboles, basados en la ocupación de la posición M4
(Leake, 1978):
1) Anfíboles de hierro y magnesio (rómbicos)
Antofilita
Gedrita
Cummingtonita-grunerita
2) Anfíboles cálcicos (monoclínicos)
Tremolita-actinolita
Hornblenda
3) Anfíboles sódico-cálcicos (monoclínicos)
Richterita
4) Anfíboles sódicos (monoclínicos)
Glaucofana
Riebeckita
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• Origen y Yacimientos:
Los piroxenos cristalizan a temperaturas más elevadas que sus análogos anfíboles y
se forman en las primeras etapas del enfriamiento del fundido ígneo. También
ocurren en rocas metamórficas de alta temperatura ferromagnesianas (ricas en
hierro y magnesio).
Si existe agua en el fundido o se encuentra como un fluido metamórfico, los
piroxenos pueden reaccionar con el líquido y originar anfíboles. Bajo condiciones
progresivas de metamorfismo, los anfíboles reaccionan normalmente para formar
piroxenos, mientras que en condiciones retrógradas son los piroxenos los que dan
lugar a anfíboles.
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CARACTERÍSTICAS GENERALES DE INOSILICATOS
Los dos grupos que incluye la subclase inosilicatos son muy similares en las
propiedades cristalográficas, físicas y químicas. Son grupos de minerales formadores de
rocas muy importantes. Aunque muchos piroxenos y anfíboles son monoclínicos,
también cristalizan en el sistema rómbico. La distancia de repetición en las cadenas, es
decir, la dimensión del eje c de la celda elemental es 5,2 Å. La dimensión b en los
anfíboles, debido a la doble cadena de tetraedros de silicio, es aproximadamente 2 veces
la de los piroxenos.
Los mismos cationes están presentes en ambos grupos, pero los anfíboles
contienen (OH), lo que les confiere peso específico e índices de refracción más bajos.
Otras propiedades que difieren son los hábitos cristalinos ya que los piroxenos se
presentan normalmente en prismas más gruesos, los anfíboles tienden a presentarse en
cristales aciculares. La exfoliación también es diferente y está relacionada con la
configuración de la estructura cristalina. En piroxenos es próxima a 90º y en anfíboles
alrededor de 60º. Sin embargo, propiedades como color (blanco, verde claro, verde más
intenso, pardo rojizo), brillo (vítreo, resinoso, mate) o dureza (5 a 6) son similares en
ambos casos.
