15Rocas y minerales

Sam se inclina sobre la encimera de la cocina con una lupa. La piedra pulida, que de lejos parece gris, se convierte en una multitud de motas: unas rosas, otras blancas, otras grises y vidriosas, y otras negras y diminutas que brillan cuando les da la luz. Cada mota tiene caras planas y brillantes, y las motas encajan entre sí como las piezas de un rompecabezas. ¿Qué son?

Lo que ya sabes

Las rocas son el material duro de la corteza de la Tierra: pueden romperse en piedras, los ríos las redondean en cantos rodados y se muelen hasta formar arena (Capítulo 5). El agua, el hielo y el viento desgastan las rocas (meteorización), se llevan los trozos (erosión) y los dejan más abajo (sedimentación) (Capítulo 10). En un volcán, la roca fundida sale en forma de lava (Capítulo 8).

15.1 Una roca está hecha de minerales

Las motas de la encimera son minerales, y la piedra es un granito.

Definición 15.1 (Mineral)

Un mineral es una sustancia sólida natural, no fabricada por los seres vivos, siempre con la misma composición y con sus átomos ordenados de forma regular. Una roca está hecha de un solo mineral o, más a menudo, de varios minerales unidos entre sí.

El granito está hecho sobre todo de tres minerales: el feldespato (rosa o blanco), el cuarzo (gris y vidrioso) y la mica (negra o plateada, en láminas finas y brillantes). Otras rocas están hechas de un solo mineral: la caliza, por ejemplo, está hecha casi solo de calcita.

15.2 Los cristales

Con la lupa, muchos granos de mineral muestran caras planas y brillantes y aristas rectas. Donde un mineral ha tenido sitio para crecer libremente, en un hueco de la roca, forma un cristal: un sólido de forma regular limitado por caras planas. Su forma se debe a la ordenación regular de sus átomos, que se estudia en los libros de química. Un cristal de cuarzo, por ejemplo, es una columna de seis lados que termina en punta; un cristal de mica se separa en láminas más finas que el papel.

En el granito, los granos crecieron apretados unos contra otros, así que no tienen formas bonitas: encajan como un rompecabezas. Su tamaño cuenta una historia. El granito se forma en las profundidades, donde la roca fundida se enfría muy despacio: sus granos tienen tiempo de crecer lo bastante para verse a simple vista. La roca fundida que se enfría deprisa en la superficie, en forma de lava, da rocas con granos demasiado pequeños para verlos.

15.3 Las tres familias de rocas

Los geólogos clasifican las rocas en tres familias, no por su color, sino por la manera en que se formaron.

Definición 15.2 (Las tres familias de rocas)

Una roca ígnea se forma cuando la roca fundida se enfría y se vuelve sólida: el granito en las profundidades, el basalto a partir de la lava. Una roca sedimentaria se forma en la superficie de la Tierra a partir de granos de arena y de barro, o de las conchas de seres vivos, depositados en capas y después endurecidos: la arenisca, la lutita, la caliza. Una roca metamórfica es una roca que se ha transformado, sin fundirse, por el calor y la presión en las profundidades: el mármol (a partir de la caliza), la pizarra (a partir de la lutita).

El nombre ígnea viene de la palabra latina que significa fuego. Las rocas sedimentarias muestran a menudo capas, una encima de otra, como las páginas de un libro. Las rocas metamórficas suelen estar aplastadas y plegadas; algunas, como la pizarra, se separan en láminas planas.

Muchas rocas sedimentarias están hechas de los granos que clasificaste por tamaños en el Capítulo 5: cantos y grava, arena, barro. Una vez enterrados, los granos pierden su agua y quedan unidos por un cemento natural. El tamaño de los granos da nombre a la roca.

Sobre el terreno — Leer las piedras de una ciudad

Las ciudades son colecciones de rocas al aire libre. Pasea con un adulto junto a muros antiguos, escalinatas, estatuas, fachadas de iglesias y pavimentos, y míralos de cerca, sin rayar ni romper nada. Algunos bordillos y escalones son de granito: busca su cuarzo vidrioso y su mica brillante. Muchos muros y fachadas antiguos son de caliza o de arenisca: busca conchas, o frota con la yema del dedo una miguita caída de arenisca para notar la arena. Los tejados pueden ser de pizarra, separada en láminas finas. Apunta en un cuaderno dónde está cada piedra, su color, sus granos y la familia a la que crees que pertenece; una fotografía ayuda a compararla después con la tabla de este capítulo.

15.4 El ciclo de las rocas

Las rocas no son eternas. Una montaña de granito se meteoriza lentamente; sus granos son llevados por los ríos hasta el mar y allí se depositan en capas; enterradas cada vez más hondo, las capas se endurecen y forman arenisca. Si la arenisca es llevada todavía más hondo, el calor y la presión la transforman en una roca metamórfica; más hondo aún, puede fundirse, y la roca fundida, al enfriarse, forma una nueva roca ígnea. Poco a poco, a lo largo de millones de años, el material de las rocas da vueltas y más vueltas.

Definición 15.3 (Ciclo de las rocas)

El ciclo de las rocas es el viaje sin fin por el que las rocas de cada familia se transforman lentamente en rocas de las otras familias: por la meteorización y la erosión en la superficie, por el enterramiento y el endurecimiento, por el calor y la presión, por la fusión y el enfriamiento.

15.5 Reconocer las rocas más comunes

Estas son siete rocas que se encuentran a menudo en edificios, aceras y paisajes.

Seguridad

La prueba del ácido la hace solo un adulto, con gafas y guantes, usando un ácido muy diluido. No pruebes nunca una roca ni un polvo, y no rompas nunca rocas con una herramienta: mirar con una lupa ya dice muchísimo.

Una clave es una lista de preguntas, cada una con dos respuestas, que lleva paso a paso hasta el nombre de una roca.

La dureza. Hay otra pista que ayuda a reconocer un mineral: la facilidad con que se raya.

Definición 15.4 (Dureza y escala de Mohs)

La dureza de un mineral es lo bien que resiste a ser rayado: un mineral raya a todos los más blandos que él y es rayado por todos los más duros. La escala de Mohs ordena la dureza de 1 a 10 con diez minerales de referencia, desde el talco (1), el más blando, hasta el diamante (10), el más duro.

Método 15.5 (La prueba del rayado)

1. Intenta rayar el mineral con la uña y después con una moneda de cobre. (El vidrio y el acero los usa solo un adulto.)
2. Frota la marca con un dedo: una raya de verdad se queda; un rastro de polvo del instrumento de prueba se borra.
3. La dureza está entre la del instrumento más duro que no lo raya y la del instrumento más blando que sí lo raya.

Ejemplo 15.6 (¿Cuarzo o calcita?)

Dos minerales blancos se parecen. El primero lo raya una moneda de cobre: su dureza es menor que 3.5; es calcita (3). El segundo no lo raya un clavo de acero y raya el vidrio: su dureza es mayor que 6.5; entre los minerales de referencia, es el cuarzo (7).

15.6 Ejercicios

Ejercicio 15.1 ★

¿A qué familia pertenece cada roca: granito, arenisca, mármol, basalto, caliza, pizarra?

Solución

Solución de Ejercicio 15.1.

Granito: ígnea. Arenisca: sedimentaria. Mármol: metamórfica. Basalto: ígnea. Caliza: sedimentaria. Pizarra: metamórfica.

Ejercicio 15.2 ★

¿El cuarzo es un mineral o una roca? ¿Y el granito? Explica la diferencia en una frase.

Solución

Solución de Ejercicio 15.2.

El cuarzo es un mineral; el granito es una roca. Un mineral es una sola sustancia natural con sus átomos ordenados de forma regular; una roca está hecha de uno o de varios minerales unidos entre sí (el granito: feldespato, cuarzo y mica).

Ejercicio 15.3 ★

Ordena estos minerales del más blando al más duro: cuarzo, talco, diamante, calcita. ¿Cuál de ellos puede rayar a todos los demás?

Solución

Solución de Ejercicio 15.3.

Talco (1), calcita (3), cuarzo (7), diamante (10). El diamante, el más duro, raya a todos los demás.

Ejercicio 15.4 ★

Copia y completa con las palabras enfriamiento, calor y presión, meteorización: “La roca fundida se convierte en una roca ígnea por … Una caliza se convierte en un mármol por … Un granito se convierte en granos de arena por …”

Solución

Solución de Ejercicio 15.4.

“La roca fundida se convierte en una roca ígnea por enfriamiento. Una caliza se convierte en un mármol por el calor y la presión. Un granito se convierte en granos de arena por meteorización”.

Ejercicio 15.5 ★★

Usa la clave. (a) Una roca no burbujea con el ácido; es oscura, con granos demasiado pequeños para verlos y pequeños agujeros redondos. (b) Una roca burbujea con el ácido y está hecha de cristales brillantes que centellean como el azúcar. (c) Una roca no burbujea; es áspera como el papel de lija. Di el nombre de cada roca.

Solución

Solución de Ejercicio 15.5.

(a) Basalto. (b) Mármol. (c) Arenisca.

Ejercicio 15.6 ★★

Un mineral se raya con una moneda de cobre, pero no con la uña. ¿Entre qué dos valores de dureza está? ¿Qué mineral de referencia de la escala de Mohs podría ser?

Solución

Solución de Ejercicio 15.6.

Su dureza es mayor que la de una uña (unos 2.5) y menor que la de una moneda de cobre (unos 3.5). Podría ser la calcita (3).

Ejercicio 15.7 ★★

En el dibujo del granito de este capítulo hay 60 granos: 33 de feldespato, 21 de cuarzo y 6 de mica. ¿Qué porcentaje de los granos es de cuarzo? ¿Y de feldespato? ¿Y de mica? Comprueba que los tres porcentajes suman 100 %.

Solución

Solución de Ejercicio 15.7.

Cuarzo: $21 \div 60 = 0.35$, es decir, el 35 %. Feldespato: $33 \div 60 = 0.55$, es decir, el 55 %. Mica: $6 \div 60 = 0.10$, es decir, el 10 %. Comprobación: $35 + 55 + 10 = 100$.

Ejercicio 15.8 ★★

El granito y el basalto son, los dos, rocas ígneas. ¿Por qué vemos a simple vista los granos del granito, pero no los del basalto?

Solución

Solución de Ejercicio 15.8.

El granito se enfría muy despacio, en las profundidades: sus granos tienen mucho tiempo para crecer y se hacen grandes. El basalto viene de la lava, que se enfría deprisa en la superficie: sus granos no tienen tiempo de crecer y se quedan demasiado pequeños para verlos.

Ejercicio 15.9 ★★

El mármol se forma a partir de la caliza. (a) ¿A qué familia pertenece cada una? (b) ¿Qué le pasó a la caliza para convertirse en mármol? (c) ¿Por qué burbujean las dos con el ácido?

Solución

Solución de Ejercicio 15.9.

(a) La caliza es sedimentaria; el mármol es metamórfico. (b) En las profundidades, el calor y la presión la transformaron sin fundirla: su calcita creció en forma de cristales brillantes que encajan entre sí. (c) Las dos están hechas del mismo mineral, la calcita, y es la calcita la que burbujea con el ácido.

Ejercicio 15.10 ★★

Usa la escala de Mohs: (a) ¿puede el cuarzo rayar una botella de vidrio? (b) ¿Y la fluorita? (c) ¿Puede un clavo de acero rayar el feldespato?

Solución

Solución de Ejercicio 15.10.

(a) Sí: el cuarzo (7) es más duro que el vidrio (unos 5.5). (b) No: la fluorita (4) es más blanda que el vidrio. (c) Sí: un clavo de acero (unos 6.5) es más duro que el feldespato (6).

Ejercicio 15.11 ★★★

Cuenta en cinco etapas el viaje de un grano de cuarzo, desde una montaña de granito hasta una roca metamórfica. Di el nombre del proceso en cada etapa y la familia de la roca al principio y al final.

Solución

Solución de Ejercicio 15.11.

Por ejemplo: (1) el granito de la montaña (ígnea) se rompe por meteorización, y sus granos de cuarzo quedan sueltos; (2) un río se los lleva: erosión; (3) los granos se depositan en capas en el fondo del mar: sedimentación; (4) enterrados bajo otras capas, se comprimen y se cementan formando una arenisca: endurecimiento (la roca es ahora sedimentaria); (5) llevada a las profundidades, la arenisca se transforma por el calor y la presión en una roca metamórfica.

Ejercicio 15.12 ★★★

Un mineral gris y vidrioso no se raya con un clavo de acero, raya el vidrio y es rayado por el topacio. (a) ¿Cuál es su dureza en la escala de Mohs? Di su nombre. (b) Los granos de arena ruedan durante años empujados por las olas y los ríos. Usa su dureza para explicar por qué los granos de este mineral duran mucho más que los de calcita o de mica.

Solución

Solución de Ejercicio 15.12.

(a) No se raya con el acero (unos 6.5) y raya el vidrio: es más duro que 6.5. Lo raya el topacio (8): es más blando que 8. Su dureza es 7: es el cuarzo. (b) El cuarzo es más duro que casi todo lo que roza con él (otros granos, cantos): apenas se desgasta. La calcita (3) y la mica (de 2 a 3) son mucho más blandas: el roce las muele en trocitos diminutos que el agua se lleva.

15.7 Problema: las piedras de la plaza del pueblo

Problema 15.1

Problema de fin de semana — las rocas de una plaza, el mineral más duro de todos y cuántas familias de rocas hay

En una excursión escolar, la clase observa las piedras de la vieja plaza del pueblo (solo se observa: nadie rompe ni raya los monumentos). La maestra ha traído del taller del cantero trozos sueltos de las mismas piedras para las pruebas de dureza.

La fuente: su pilón muestra granos grandes, rosas, blancos, grises y vidriosos, y negros y brillantes. El pavimento: losas claras en las que se ven pequeñas conchas fósiles; una gota de ácido diluido, que pone la maestra sobre un trozo suelto, burbujea. El tejado del ayuntamiento: láminas finas, planas y grises de una piedra de grano muy fino. La estatua: una piedra blanca hecha de cristales brillantes que centellean como el azúcar; también burbujea.

Parte I — La fuente, el pavimento, el tejado.

1. Di el nombre de la roca de la fuente y su familia. Nombra sus tres minerales.
2. Di el nombre de la roca del pavimento y su familia. ¿Qué eran las conchas antes de estar en la piedra?
3. Di el nombre de la roca del tejado y su familia. ¿A partir de qué roca se formó?
4. Di el nombre de la roca de la estatua y su familia. ¿A partir de qué roca se formó?

Parte II — Una prueba de dureza.

5. La maestra intenta rayar con un clavo de acero un grano gris y vidrioso de la fuente: no hay raya. El grano raya el vidrio. ¿Qué mineral es y cuál es su dureza?
6. Los granos rosas se rayan con el clavo de acero, pero no con el vidrio. ¿Entre qué dos valores está su dureza? ¿Qué mineral de la escala de Mohs es?
7. Las escamas negras apenas se dejan rayar con la uña. ¿Qué mineral es?
8. ¿Puede una moneda de cobre rayar el pavimento? Explícalo con la dureza de la calcita.

Parte III — El ciclo de las rocas.

9. Después de siglos de lluvia, la estatua ha perdido sus detalles finos. ¿Qué proceso del ciclo de las rocas está actuando?
10. El granito de la fuente vino de una montaña. A lo largo de millones de años, ¿en qué podrían convertirse los granos de cuarzo de esa montaña, y en qué roca podrían acabar?
11. ¿Cuántas de las tres familias de rocas hay en la plaza? Di el nombre de la roca o de las rocas de cada una.
12. ¿Cuál es la dureza de Mohs del mineral más duro que hay en las piedras de la plaza?

Solución

Solución de Problema 15.1.

1. Granito, una roca ígnea; sus minerales son el feldespato (rosa o blanco), el cuarzo (gris, vidrioso) y la mica (negra, brillante).

2. Caliza, una roca sedimentaria. Las conchas eran de animales que vivían en el mar; sus restos se depositaron y se endurecieron hasta formar la roca.

3. Pizarra, una roca metamórfica, formada a partir de la lutita.

4. Mármol, una roca metamórfica, formado a partir de la caliza.

5. Cuarzo: no lo raya el acero (unos 6.5) y raya el vidrio (unos 5.5); su dureza es 7.

6. Los raya el acero (unos 6.5) pero no el vidrio (unos 5.5): entre 5.5 y 6.5. Es el feldespato (ortoclasa, 6).

7. La mica (dureza de 2 a 3).

8. Sí: el pavimento es de caliza, hecha de calcita (3), más blanda que una moneda de cobre (unos 3.5).

9. La meteorización: la lluvia desgasta lentamente la superficie de la piedra.

10. La montaña se meteoriza; sus granos de cuarzo son llevados por los ríos y se depositan en capas, en el fondo de un lago o del mar; enterrados y endurecidos, pueden convertirse en una arenisca, una roca sedimentaria.

11. Las tres familias están presentes: ígnea (el granito de la fuente), sedimentaria (la caliza del pavimento) y metamórfica (la pizarra del tejado y el mármol de la estatua).

12. El mineral más duro es el cuarzo del granito: dureza de Mohs 7.