Ciclosilicatos Índice
Ciclosilicatos……………………………………1 Turmalina Propiedades físicas ………………………2 Composición química y estructura ………2 Propiedades ópticas de la Turmalina …….3 Color de la Turmalina …………...………4 Propiedades químicas y termodinámicas..5 Geocronología Geocronología usando Turmalina ……….5 Berilo Propiedades físicas ………………………5 Estructura………………………………..6 Propiedades ópticas del Berilo …………..7 Variedades del Berilo …………………....8 Propiedades termodinámica ……………..8 Ocurrencia y paragénesis del Berilo …….9 Aplicaciones del Berilo ………………...10 Referencias…………………………………….12
Figura 1: Distintas Distintas configuraciones configuraciones de ciclosilicatos. ciclosilicatos.
Para el Berilio, estos anillos están dispuestos en planos paralelos paralelos a (0001), el Berilio y el Aluminio conectan los planos vertical y horizontalmente. Los anillos de silicio-oxígeno se superponen de modo tal que dejan en su formación unos orificios centrales (paralelos al eje c), donde se puedan albergar iones, átomos neutros e incluso i ncluso moléculas.
Ciclosilicatos Los ciclosilicatos pertenecen al grupo de los silicatos donde su unidad principal está formada por tetraedros de (SiO 4)-4, (Si3O9)-6, (Si4O12)-8, (Si6O18)-12 y se diferencian por su forma estructural correspondiente al tipo de unión que presentan los tetraedros. t etraedros. Los ciclosilicatos están formados por la unión de 3 o más tetraedros de (SiO 4)-4 por enlaces iónicos formando anillos cerrados, simples o dobles, con una relación Si/O=1/3, presentándose en 3 distintas configuración: El anillo Si3O9 aparece solo solo en el caso de benitoita (BaTiSi (BaTiSi3O9). El anillo Si4O12 aparece solo en el caso de la pagodita (Ca (Ca2Cu2Al2Si4O12(OH)6). El anillo Si6O18, es más habitual y está en la base de las estructuras de minerales más corrientes y usuales como el berilo y y las turmalinas .
Figura 2: Disposición Disposición de anillos de ciclosilicatos ciclosilicatos en eje eje c.
Figura 3: Disposición Disposición de anillos anillos de ciclosilicatos ciclosilicatos perpendicu perpendicular lar al eje c.
Turmalina Composición química y estructura
Propiedades físicas XY3Z6(T6O18)(BO3)3V3W X = Ca, Na, K, vacante Y = Li, Mg, Fe2+, Mn2+, Zn, Al, Cr 3+, V3+, Fe3+, Ti4+, vacante Z = Mg, Al, Fe 3+, Cr 3+, V3+ T = Si, Al, B B = B, vacante V = OH, O W = OH, F, O
Hábito Raya Brillo Clivaje Maclas Color
Sist. Cristalino Densidad (gcm- ) Dureza Dimensiones de celdas unitarias
prismático o columnar, sección basal hexagonal, granular. blanco a café, azul grisáceo. Vítreo muy pobres en caras (110) y (101) Raras comúnmente negro, pero puede estar dentro de los rangos verde, marrón, azul, incoloro, rosado. Trigonal 2.8-3.3 7-7.5 a=b=15.7-16.2 Å, c=7.057.25 Å, α=β=90º, γ=120º.
Tabla 1: Resumen de propiedades físicas de la Turmalina
Figura 4: (A) Morfología hemimórfica (después del Goldschmidt 1922) (B) Típica forma de turmalina (del Goldschmidt 1922)
La turmalina presenta una formula química compleja debido a su alta cantidad de constituyentes, dicha fórmula puede ser sintetizada como: XY3Z6[T6O18][BO3]V3W En donde X corresponde a aniones de alto radio atómico como Na, K, Ca, Pb +3 o estar dicha posición vacante. Las posiciones Z e Y corresponde en su mayoría a metales de transición como Fe+2, Mn+2, Cu+2, Al, V+3,Cr +3, Fe+3,Mn+3,Ti+4 aunque también puede contener metales alcalinos como Li y Mg. La posición T corresponde a Si y forma el grupo fundamental de los ciclosilicatos, en ocasiones puede ser remplazado por Al y B. Finalmente las posiciones V y W corresponde a elementos o moléculas con alta electronegatividad como OH, O y F. La estructura de la Turmalina se divide en un sitio de coordinación tetraédrica, un sitio de coordinación triangular y dos sitios de coordinación octaédrica. El de tipo tetraédrico corresponde a seis pares TO 4 que comparten dos vértices con tetraedros vecinos para formar a la estructura de anillo de los ciclosilicatos, estos anillos forman capas que se ubican paralelas al eje C. Dentro del anillo se ubican los cationes que corresponden a la posición X en coordinación 9. Uno de los octaedros están conformado por tres pares YO6 que comparten un vértice entre si formando un trímero [Y 3O13]. Finalmente el octaedro correspondiente a Z comparte vértices con los trímeros anteriores. La estructura de la turmalina puede ser apreciada en la figura 5 Una propiedad importante que se desprende de la estructura de la turmalina es que los pares TO 4 del anillo presentan vértices libres orientados en un mismo sentido (figura 6), esta disposición hace que la turmalina presente un momento dipolar y convierta al mineral en un excelente piezoeléctrico y piroeléctrico, es decir que al ser sometido a esfuerzos mecánicos o
aumentos de temperatura los cristales adquieran polarización.
Figura 5: Vista paralela al eje c de la turmalina(Chorlita). Imagen generada por cristalmaker
Sus índices de refracción son =1.6981.631 y =1.675-1.610, por lo que su birrefringencia es moderada a alta con valores entre 0.015-0.035 y por lo tanto su color de interferencia para una sección transparente de 30 milímetros varía entre el segundo y tercer orden dependiendo de la sección observada (Figura 7.1) De la Figura de Trögger se observa que el sistema cristalográfico es hexagonal en su variante trigonal (Figura 7.2) por lo que tendría un carácter óptico de uniaxial y esto a su vez indica que su extinción es paralela. También tomando los índices de refracción donde > el signo óptico sería negativo. La tabla X contiene un resumen de las propiedades ópticas de la turmalina.
Figura 6: Vista perpendicular al eje c de la turmalina (Chorlita). Imagen generada por el software Cristalmaker
Propiedades ópticas de la Turmalina A luz polarizada plana la turmalina presenta una variedad de colores como incoloro, azul, verde, rosa, gris claro y amarillo, esta característica se ve acentuada por el pleocroísmo fuerte de color e intensidad (Figuras 8.1 a 8.3), propiedad diagnostica de la turmalina. Estas dos cualidades están ligadas a la existencia de metales de transición en su estructura. Los cristales poseen forma anhedral alargada y sin clivajes, esta característica sumada a su alta dureza y colores hacen a la turmalina un mineral optimo para su uso en la joyería. Su relieve es moderado a alto con máximos en los ejes X e Y.
Figuras 7.1 y 7.2: Esferas de birrefringencia de la turmalina y diagrama de Trögger. Imagen tomada del Imperial College London.
Figura 8.1 a 8.3:Corte transparente de 1mm. La Turmalina exhibe pleocroísmo al girar la sección.
Color de la Turmalina La turmalina presenta una variedad de colores que abarca todo el espectro visible de la luz. La razón de esto se debe a la relación entre su estructura interna y los componentes del mineral mediante dos mecanismos, teoría del campo cristalino (CFT en ingles) o transferencia de cargas de intervalencia (IVCT). Estos mecanismos pueden producirse de manera independiente o simultanea para darle un color a la Turmalina. -
Teoría del campo cristalino (CFT): Esta teoría describe la interacción de los elementos y moléculas que contenga orbitales de tipo d en su estructura electrónica. Cuando un fotón de luz visible excita un electrón de la capa más externa de la nube de electrones este absorbe la energía para pasar a un nivel de energía superior. Como el salto entre niveles posee una energía cuantificada, también tendrá una longitud de onda asociada por lo que se absorberá el color correspondiente y se vera un color complementario.
-
Transferencia de cargas de intervalencia (IVCT): Ocurre cuando hay una transferencia de electrones entre dos metales que poseen estados de oxidación distintos. Como ocurre una reversibilidad en los estados de oxidación de manera constante por la acción de la luz se produce una absorción de ciertas longitudes de ondas que dan el color característico.
Los metales de transición que actúan en la turmalina como cromóforos, o causadores de colores, son: Fe +2, Fe+3, Mn+2, Mn+3, Ti+4, Cu+2, Cr +3y V+3(Tabla x). Dentro de la estructura estos elementos ocupan las posiciones octaédricas (Y y Z). La turmalina también puede presentar colores por radiación natural debido al decaimiento isotópico de minerales que se den de manera asociada o accesoria a la turmalina como el feldespato potásico ( 40K) o Zircones (U/Th)
Además la turmalina presenta un fuerte dicroísmo, que es la absorción diferencial en determinadas orientaciones cristalográficas. Como la turmalina se encuentra polarizada a lo largo del eje C debido a la orientación de los tetraedros de SiO4absorbe fuertemente el rayo extraordinario en comparación con el rayo ordinario, de esta manera al observar paralelo al eje C los colores aparecen mas oscuros que al mirarlos de manera perpendicular. Otro efecto que puede presentar la turmalina es el de chatoyancy, un efecto de scattering particular causado por el crecimiento de inclusiones con forma de aguja a lo largo del eje c que da un apariencia de “ojo de gato” en el cristal.
Tabla 2: Variantes de la turmalina de acuerdo a su contenido de metales de transición. Además incluye los nombres no científicos, imagen tomada de Tourmaline: The Kaleidoscopic
Figura 9: Absorción de longitudes de onda de acuerdo al cromóforo presente que da el color habitual de las gemas.
Propiedades químicas y termodinámicas
determinar la proporción de Boro marino y no marino.
Na,Ca)(Al,Fe,Li)(Al,Mg,Mn)6(BO3)3(Si6O18).(OH,F)4 Es un súper grupo que actualmente está compuesto
por 18 especies donde los más conocidos son: Dravita – Mg Chorlo – Fe Elbaita – (Li,Al) Posee un rango de estabilidad T y P amplio que cubre la mayoría de las condiciones encontradas en la corteza terrestre, además puede estar en equilibrio con un amplio rango de fluidos (pH, Eh). Esta estabilidad es de hecho en parte, por la flexibilidad de la estructura de ajustarse en composición en respuesta a cambios químicos, ambientales, y/o de condiciones T y P. Por esta estabilidad y poca variación de volumen por la inclusión de elementos mayores y en trazas en la estructura, la turmalina puede retener información química y textural en un amplio rango de temperaturas. Punto de Fusión 725 – 950º. Boro es un elemento esencial para la formación de Turmalina, por eso identificar la disposición y disponibilidad del Boro en la tierra provee una conexión para entender el desarrollo de la Turmalina así como las escalas de tiempo para su formación y desarrollo. Además del Berilio, el Boro es el elemento, mas liviano que el Fe, menos abundante, en el sistema solar, con tan solo 0.26 ppm en el manto primitivo. La abundancia en la corteza es atribuida a la compatibilidad del boro con magmas silíceos El agua oceánica es un reservorio de Boro importante, su remoción del agua esta dominado por la incorporación en sedimentos pelágicos y a través de alteraciones hidrotermales en la corteza oceánica. Luego en zonas de subducción la T y P presente estabiliza la turmalina reteniendo el Boro en las metapelitas. La Turmalina controla el ciclo del Boro y sus isótopos en zonas de subducción. En superficie el Boro es concentrado principalmente por procesos evaporíticos, ya sean sobre elementos marinos y no marinos, la diferencia entre la composición isotópica, permite
Geocronología usando Turmalina Conociendo el tiempo absoluto de formación o enfriamiento de un umbral de temperatura, es posible descifrar la evolución temporal de los terrenos geológicos. Datar turmalina provee una forma de enlazar varios registros geoquímicos con distintos marcos de tiempo. La turmalina tiene innumerables ventajas en geocronología, tal por sus granos anchos fácilmente reconocibles a la escala del microscopio. El color de la turmalina va cambiando según diferentes comportamientos y elementos de trance, y estos pueden ser asociados a condiciones de cambio, facilitando la geocronología y las interpretaciones geológicas. De particular importancia es que la turmalina es caracterizada por una muy lenta difusión cristalina. Esto es evidencia de la preservación de una notoria zona de intercrecimiento de granos de metamorfismo de alto grado. Una difusión lenta de volumen debido a una alta retención de isótopos padre e hijo tal que no se resetean los relojes isotópicos fácilmente por eventos hidrotermales. Por lo tanto, la turmalina puede registrar el tiempo de cristalización desde el líquido magmático, de fluidos metasomáticos y/o eventos metamórficos. Altas temperaturas de cierre en varios sistemas isotópicos hacen de sus rangos P-T muy estables, y en forma primordial utilizan: K-Ar, 40Ar/39Ar, Rb-Sr, Sm-Nd y U-ThPb. Rangos de tiempo van desde el Arcaico y proterozoico (3800ma aprox.) a mioceno.
Berilo Es un mineral de origen pegmatítico asociado a rocas graníticas
Características físicas Hábito Raya Brillo Color
De masivo a cristalino Blanca Vítreo a graso Alocromático, en estado puro es incoloro
Sist. Cristalino Densidad (gcm- ) 2.63 - 2.92 7.5 – 8 Dureza
Berilo
Estructura Su estructura está constituida por anillos formados por seis tetraedros de con sus centros apilados un encima de otro en el eje cristalográfico c (ver figura 11).
formados por los centros de los anillos hexagonales, es decir, en sus mismos planos, como señaló Folinsbee (1941). La orientación de las moléculas de agua se ve afectada directamente por la presencia de iones alcalinos cercanos, pues éstos los hacen estar rotados 90º desde su posición original (con el eje de unión del átomo de Oxígeno con los átomos de Hidrógeno perpendicular al eje c) (ver figura 2).
Estos planos de anillos hexagonales están conectados a los planos intermedios conformados por anillos de doce moléculas por átomos de oxígeno compartidos. Estos últimos anillos también poseen sus centros alineados en el eje c y están formados por seis tetraedros -cada uno conformado por 1 átomo de Berilio rodeado por 4 de Oxígeno-, y seis octaedros -formados por un átomo de Aluminio y 6 de Oxígeno-, ver figura 1.
X Z
Y
Figura 10: Vista con el eje c entrando y saliendo de la hoja. En morado se observan los octaedros de Al y O y en verde los tetraedros de Be y O, ambos formando el plano (0 0 c/2); y en rosa palo los tetraedros de Si y O que forman el plano (0 0 c). Recurso en línea de la Universidad de Wisconsin del Centro de Ciencia de Investigación de Materiales e Ingeniería (Materials Research Science and Engineering Center, University of Wisconsin, Madison). Acceso: http://mrsec.wisc.edu/Edetc/pmk/esp/beryl.html .
Esta estructura de panal permite la inserción de metales alcalinos, por supuesto en forma de cationes, y moléculas de agua aproximadamente en los centros de las argollas que forman canales abiertos paralelos al eje c (z en la figura 1). Los iones alcalinos que se encuentran con mayor abundancia son de Potasio, Sodio, Litio, Calcio, Rubidio y Cesio, que debido a su gran tamaño se encuentran en los canales
Figura 11: Sección paralela al eje c, donde se ve uno de los canales abiertos de la estructura del Berilo. Se observan los dos tipos de orientaciones de la molécula de agua. Tipo I: Orientación de la molécula de agua sin la alteración de algún catión cercano. Tipo II: Molécula de agua rotada en 90º por la acción de un ión alcalino, que la afecta debido a su estructura dipolar. ( Disilicates and ring silicates, Volumen 1, 1997;Autores: W. A. Deer, R. A. Iowi & J. Zussman, página 375).
Otra relación existente entre las moléculas de agua y los iones alcalinos deriva de la dependencia de los últimos respecto a los espacios libres que deja el agua, de este modo Bakakin and Belov (1962) notaron que sólo el Li, Na y Cs son más frecuentes en el Berilo que el K y el Rb. Y como hay, por ende, también una dependencia mutua entre la cantidad de agua e iones alcalinos, estimaron que el límite de presencia de agua en el Berilo está entre 2,5% y 2,9% Berilo
Características cristalográficas Corresponde al sistema hexagonal, clase cristalina bipiramidal dihexagonal y tiene los siguientes elementos de simetría: un eje de rotación senario (de grado 6) vertical formado por la combinación de seis ejes binarios y además posee siete planos de simetría, seis verticales y un horizontal (ver figura x) Por lo anterior posee un hábito prismático muy definido, que puede presentar caras verticales estriadas.
N //:
Las formas frecuentemente presentes son: el prisma de primer orden {100} y la base {0001} (ver figura x).
20º
Uniaxial ( - ) 40º
Figura 12: Esferas de Birrefringencia del Berilo.
e=1.564-1.595, w=1.568-1.602, Birrefigencia =0.0040-0.0070 (grises, primer orden) Pleocroísmo débil cambiando a un verde amarillento a incoloro o verde-azul, azul o rosado.
Bajo el microscopio se observa un relieve bastante bajo y un pleocroísmo casi nulo a N// por lo que no sería fácil su identificación, pero a NX el berilio muestra un cambio de colores de interferencia al girar la platina bastante marcado, como gris, azulado o morado. Este mineral también se puede identificar por las impurezas
Grados de rotación 0º
Propiedades ópticas berilio
N X:
Figura 13: Corte transparente de 5 mm que contiene Berilo. Figura de la izquierda a Nicoles paralelos y figura de la derecha a Nicoles cruzados.
Figura x: Cristal de berilo mostrando la simetría 6/m 2/m 2/m (símbolos de Hermann-Mauguin). (Manual de Mineralogía, Cornelis Klein,Cornelius S. Hurlbut. 21ª edición, página 97) .
Colores de interferencia: gris a blanco con un poco de amarillo. Relieve de bajo a moderado. Clivaje basal en la cara 001
60º
N//
NX
Figura 14:Corte transparente de 5 mm de Berilo. Pleocroismo leve (izquierda) y colores de interferencia de primer orden (derecha)
Éste mineral es muy fácil de confundir con el cuarzo y la nefelina, se puede reconocer debido a que el cuarzo tiene menor birrefigencia y no clivaje, y la nefelina tiene un relieve negativo.
Otros datos: Formula:
Be Al (Si O ) 3
Elemetos esenciales: Todos los elementos listados en la fórmula: Impuridades comunes:
2
6 18
Al, Be, O, Si
Termodinámica del Berilo El berilo ocurre principalmente en pegmatitas graníticas y sistemas saturados en cuarzo. En estos sistemas el berilo es más común que otros silicatos de Be, esto debido a que se encuentra en la fase más estable de Been los diagramas BeO-Al 2O3-SiO2-H2O (figura 15) de Burt (1978), Franz y Morteani (1981) y Barton (1986)
Al, Be, O, Si
Fe,Mn,Mg,Ca,Cr,Na,Li,Cs,O,H,OH,H2O,K,Rb
Variedades de Berilo Esmeralda: Es una variedad de Berilo que debe su color principalmente al Cr 3+, aunque V y Fe influyen también en su color. Cr a diferencia de Be, normalmente se encuentra asociado en rocas básicas y ultrabásicas, por lo que la coincidencia del Be y Cr es excepcional, de ahí la rareza de las esmeraldas. Aguamarina: Variedad común del Berilo de color azul o turquesa donde Fe 2+ Azul Fe 3+ Verde Goshenita: Variedad incolora, debido a elementos inhibidores de color (Ca, Sc, Ti, V, Fe, Co) Berilo rojo: Se produce en riolitas ricas en topacio. Se forma a alta T y baja P de una fase neumatolítica a lo largo de fracturas dentro de cavidades miarolíticas de riolitas.
Figura 15: Triangulo de clasificación Bash (Berilo, Aluminio, Silice y H2O). Imagen tomada de Berylium in Silicic Magmas and the Origin of Beryl-Bearing Pegmatites.
Las asociaciones que contienen berilo y cuarzo ocurren aproximadamente entre los 100 y 400 MPa y temperaturas de 400-700 0C lo que concuerda con las temperaturas de formación de las pegmatitas (Barton 1986; Cerny 1991) Esto valida la figura 15 que fue creada en rangos de 200 MPa y 685 0C-7500 La figura X muestra que una asociación de 3 componentes puede contener al berilo, esta sería fenakita (Be2SiO4), crisoberilo (BeAl2O4) y cuarzo. Sin embargo en la formación de pegmatitas es normal que la composición sea peraluminosa, rica en oxido de aluminio en contraste con óxidos de sodio-potasio-calcio, lo que sugiere que hay una tendencia a formar asociaciones de crisoberilo-berilo-cuarzo (Burt 1978) Pero el crisoberilo reacciona en con feldespato potásico y cuarzo a medida que se
aumenta la actividad de agua mediante la siguiente reacción: 3BeAl 2O4+2KAlSi3O8+6SiO 2+H2O=Be3Al2Si6O18+2KAl3Si3O10(OH)2
Cbr + K-Feld+ Qtz +Agua= Brl + Muscovita La asociación de berilo y muscovita es muy común, normalmente los depósitos de berilo se encuentran entrampados en muscovita. Evensen (1999) realizó un estudio experimental para determinar la cantidad de Be necesaria para saturar magmas graníticos a condiciones de temperatura y presión de formación de pegmatitas. Su estudio determino que la saturación de Be no solo es función de la temperatura sino también de las actividades de los productos, es decir: 3
[aBe3Al2Si6O18 ]=[aBeO] [aAl2O3][aSiO2] Brl
6
Magma
En la que la formación de berilo es función de los óxidos que lo conforman. Sus resultados se encuentran graficados en la figura 16.
magma metaluminoso (HGS5+Brl+Qtz) El descenso de solubilidad es aproximadamente del 65% a 7000 grados (Evensen 1999) El magma que forma la obsidiana de Macusani (similar a pegmatitas con alto contenido de Litio, Craig 2010) es rico en sílice y peraluminosa, sin embargo es la que posee la mayor solubilidad, resultado incoherente con respecto a los anteriores. La razón de esto se debe a que este tipo de obsidiana contiene una gran cantidad de componentes como Li, B, P, F, Rb, Cs, de los cuales el F como el P reaccionan con Al lo que lleva a un descenso en su actividad y por lo tanto un aumento de BeO necesario para la saturación.
La temperatura es el controlador predominante en la saturación por sobre los 7500C, aumentando hasta en un orden de magnitud al llegar a los 850 0C, sin embargo temperaturas mas bajas a 750 0C son relevantes para pegmatitas.
Ocurrencia y paragénesis del Berilo
Figura 16: Diagrama acerca de la relación de saturación de Berilo con respecto a la concentración de Cuarzo, de Aluminio y Temperatura. Imagen tomada de Berylium in Silicic Magmas and the Origin of Beryl-Bearing Pegmatites.
El aluminio es el principal responsable de una baja en la solubilidad del berilo. En la figura x la curva de saturación de el magma peraluminoso (HGS5+Brl+Qtz) desciende paralelamente al
Se encuentra alrededor de todo el mundo en rocas graníticas y pegmatíticas, también -como mineral accesorio- en esquistos micáceos y gneisses asociados a metamorfismo de contacto en sistemas abiertos que permiten en ingreso de fluidos enriquecidos. La forma en que se encuentran sugiere la previa presencia de una roca intrusiva granítica o de un sector de metamorfismo generado por una intrusión, ambos siempre en un ambiente rico en volátiles, los cuales se encuentran enriquecidos en iones que fueron capturados durante su recorrido (migración iónica) siendo añadidos en fracturas y superficies porosas, dando a lugar una cristalización con suficiente espacio como para obtener en muchas ocasiones como resultado grandes cristales. Estos son importantes debido a sus concentraciones de elementos trazas como el Litio, también por el contenido de minerales gemas (distintas variedades de Berilo). Este estilo de mineralización también es importante para distintas variedades de la turmalina, minerales con contenidos relativamente
altos de Tierras Raras, elementos radioactivos como Uranio y Torio, otros elementos como Estaño, Tungsteno, Flúor y Wolframio. De modo que los minerales paragenéticos con el Berilo son la turmalina, el granate, apatito, circón, topacio, columbita-tantalita, y, de manera menos frecuente, lo son los óxidos de Uranio, todos estos por tener el mismo tipo de ocurrencia (Sosa (1992)). Las formas más típicas de encontrar estos yacimientos son en dique, sills y zona circundante a rocas plutónicas. Unos de los lugares de ocurrencia más importantes se encuentran en Brasil, donde las fuentes más destacadas pertenecen al estado de Minas Gerais. También se destacan Rusia, Madagascar, Pakistán y Zimbabwe entre otros países (ver figura 17).
Se muestran los principales lugares con presencia de Fi gura 17: yacimientos de Berilo en Globo Terrestre con el símbolo , cuyo tamaño representa la magnitud de los yacimientos. ( http://www.mindat.org/min-819.html . Jolyon Ralph and Ida Chau 1993-2011).
Esmeralda extraída del Estado de Minas Gerais, Fi gura 18: Brasil. ( http://www.forominerales.com/forum/viewtopic.php?t=4651 ).
Aplicaciones del Berilo La mayor aplicación del Berilo a nivel mundial es su uso en joyería, más precisamente de la esmeralda. La esmeralda es una variante del Berilio (Be3Al2Si6O18) en que una cantidad traza de Cr y/o V remplaza al aluminio en la estructura.Esta gema mueve aproximadamente $500.000.000 al año y es la tercera gema de mayor valor detrás del diamante y el rubí (Groat 2008) La razón de porque las gemas son tan raras es debido a que el proceso de formación de yacimientos de gemas involucra condiciones geológicas específicas y que no siempre se cumplen. Entre estas condiciones se encuentran: 1) Disponibilidad de constituyentes mayores: Uno de los constituyentes de la esmeralda es el Berilio el cual posee una de 2 ppm en la corteza continental (Rudnick y Gao 2003) Se suele concentrar luego de repetir varias veces el proceso de cristalización fraccionada y es uno de los últimos elementos en incorporarse a una estructura, normalmente en pegmatitas y granitos o sus equivalentes metamórficos (London 2008) 2) Presencia de cromóforos adecuados: La esmeralda tiene su color verde característico debido a la presencia de cromo y/o vanadio. El cromo y vanadio se encuentran en mayor concentración que el berilio en la corteza (92 y 97 ppm, Rudnick y Gao 2003) pero lo hacen en distintas rocas. El cromo lo hace en dunitas, peridotitas y basaltos mientras que el vanadio lo hace en sedimentos ricos en material orgánico y férrico. El modelo mas habitual de formación de esmeraldas plantea que formadores de pegmatitas entran en contacto con rocas máficas o ultramáficas. Sin embargo, las esmeraldas de mayor precio y pureza se encontraron en depósitos sedimentarios de lutitas negras ricas en material orgánico en la región cordillerana de Colombia, estos depósitos no presentan ningún tipo de evidencia acerca de la presencia de magmatismo
sino mas bien que se habría formado por la presencia de fluidos hidrotermales de origen meteórico y de aguas subterráneas que fueron enterrados hasta al menos 7 kilómetros y 250 0C (Giulani 2000). Luego al ascender el fluido hidrotermal habría interactuado con las capas de lutitas negras. Durante el metasomatismo de Na y Ca se habrían lixiviado de las lutitas negras: elementos mayores, tierras raras y elementos trazas como Be, V y Cr (Branquet 1999) Junto a la lixiviación se desarrollo un sistema de vetillas que fue rellenada por calcita, esmeraldas y pirita. 3) Ausencia o concentración limitada de elementos indeseados: Elementos como el hierro también actúan como cromóforos pero poseen un efecto negativo en el color de la esmeralda pues el Fe da un color rojo que en la esmeralda se ve reflejado como un verde oscuro a negro. En los depósitos de Colombia el color verde intenso y más limpio que el de las pegmatitas (Nassau 1983) se debería a que el Fe +3 fue removido al precipitar la pirita en vetas. 4) Espacio para crecimiento cristalino: Las gemas necesitan espacio para crecer por lo que frecuentemente se encuentran en cavidades, en la mayoría de los casos estas cavidades se forman por la presencia de fluidos hidrotermales que se desvolatilizan para posteriormente precipitar gemas de calidad cristalina (London 2008) También existen casos en que el espacio no actúa de manera critica pues los minerales se forman en roca solida, como es el caso de esmeraldas en esquistos. La gran diferencia entre minerales que crecieron en vetas o cavidades con aquellos de roca, es que estos últimos son más susceptibles a ataque químico (disolución) y fractura mecánica, lo que las convierte en gemas de menor calidad en caso de querer procesarlas para obtención de caras ( faceting en ingles) o nuevos cortes (tallado). 5) Tamaño adecuado para transparencia: Para que los cristales sean óptimos y poder ser considerados gemas estos deben crecer lo suficiente para hacer un trabajo posterior,
sin embargo si estos poseen un tamaño demasiado grande (superior a los 15 centímetros) no presentaran la transparencia adecuada y atractiva de las gemas. Es por esta razón que depósitos pegmatíticos si bien presentan cristales de un tamaño superior al resto suelen presentar una transparencia relativamente baja en comparación a depósitos termales o metamórficos. 6) Profundidad de los depósitos: Como la minería de gemas se basa en altos precios por pequeñas cantidades de mineral, por lo general se suele extraer a bajos costos y en superficie. Si los depósitos son de mediana profundidad suele explotarse de acuerdo al precio de mercado por lo que la mina puede ser abierta y cerrada constantemente como es el caso de la minería de pegmatitas en Australia (Walton 2004) Como la mayoría de los depósitos de esmeralda son pegmatitas y metamórficos suelen tener un costo de extracción mayor lo que hace que las minas de Colombia ubicadas en subsuelo sean altamente rentables incluso con esmeraldas no tan puras.
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