Cuad. Geol. 12 p. 5 - 15 3 figs. y 1 lám.Universidad de Granada

1984-1985

DETERMINACIÓN DE CLORITAS EN ROCAS METAMORFICAS DE BAJOGRADO MEDIANTE PROPIEDADES ÓPTICAS

F. NIETO '

Palabras claves: Clorita; Bajo grado metamórfico, óptica; color interferencia

RESUMEN. La clorita es un mineral fundamental formador de rocas metapelíticas de muy bajo y bajo grado meta-mórfico. Sin embargo, el tamaño de grano y los finos intercrecimientos con micas no permiten los estudios ópticos de-tallados de las mismas. Por ello se proponen aquí criterios basados en observaciones ópticas muy simples, fundamen-talmente color de interferencia y signo de elongación para conocer de forma aproximada la composición química yclasificación de las clorítas.

Se han estudiado 116 muestras correspondientes a las zonas internas de la Cordillera Bélica. Su composición se ha de-terminado mediante microsonda electrónica y/o difracción de Rayos X. Los datos confirman, de acuerdo con Albee(1962). que ta relación Fe/Fe'tMg es el factor determinante fundamental de las características ópticas de la clorita. Larazón Si.'Al. por sí sola, no ejerce una influencia real sobre las propiedades ópticas, siendo tan sólo aparente, puestoque ella a su vez depende de la relación Fe/Fe + Mg.

Por otra parte, la intensidad del pleocroísmo está relacionada asimismo con Fe/Fe + Mg. Se observan cuatro zonascomposicionales de predominio de pleocroismos fuertes y débiles. Dicha propiedad aporta, pues, un dato complemen-tario para la determinación de la composición de la clorita.

Los criterios aquí propuestos permiten aplicar la clasificación de la AIPEA a cloritas de bajo y muy bajo grado de me-tamorfismo de forma simple y directa.

ABSTRACT. Chlorites are essential rock forming minerals in low and very low grade metapelites. Nevertheless theirgrain size and thin intergrowths with mica do not allow their optic accurate studies. Therefore determinations based onvery simple observations, essentially interference colour and sign of elongation. are proposed. in order to try an ap-proach to chemical composition and classification of chiorites.

116 samples of internal zones of Betic Cordillera have been studied. Their compositions have been determined byelectrón microprobe and/'or X-rays diffraction. The data support the contention of Albee (1962) that the Fe/Fe + Mgratio is the essential determining factor of the optic characteristics of chiorites. The Si/Al ratio in its own is not ac-tually related to optical properties, it is only an apparent relation, since the former is in turn dependen! on therelationship Fe/Fe + Mg

On the other hand. pleocroism intensity is also related to Fe/Fe + Mg. Four compositional zones of alternatellypredominan! weak and hard pleocroism are observed. So, this property gives complementary data to the determina-non of the composilion of chiorites.

The proposed criteria permit the application of AIPEA classification to low and very low metamorphic chiorites in asimple and direct way.

1 Departamento de Crisialografía y Mineralogía y Depariamcnto de Investigaciones Geológicas del C.S.I.C. Facultadde Ciencias. Universidad de Granada.

F- NIETO

INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES

A diferencia de otros filosilicatos, como lasmicas, las cloritas presentan propiedades óp-ticas notablemente sensibles a su composi-ción. Dos elementos de polarizabilidades ató-micas netamene diferentes, como es el casode Fe y Mg, se sustituyen entre sí en una se-rie de solución sólida completa. Por otiaparte, todo el grupo en general presenta dife-rencias muy pequeñas entre los tres índicesde refracción, lo que da lugar a que los cam-bios de composición lleven consigo cambios,asimismo, en la situación de los índices den-tro de la indicatriz, y por tanto en los signosóptico y de elongación. Estos cambios,además, no son simultáneos para todas laslongitudes de onda, con la consiguiente apari-ción de toda una gama de tonos del color deinterferencia en las zonas limítrofes al cambiode signo.

La información existente en bibliografía sobrelas relaciones entre dichas propiedades y lacomposición de la clorita es bastante com-pleta y exacta, si bien en algunos puntos, fun-damentalmente la importancia de la influen-cia de la sustitución tetraédrica Si por Al,existen importantes divergencias entre los di-versos autores. No obstante, a pesar de laabundancia de información sobre las propie-dades ópticas de la clorita y de su carácterdeterminativo, su uso en la bibliografía petro-gráfica y mineralógica suele ser en generalbastante escaso y en muchas ocasiones lasdescripciones de la clorita se basan en crite-rios y clasificaciones obsoletos.Por ello, y aunque un resumen de las conclu-siones más importantes se ha publicado pre-viamente dentro de un estudio más general(Nieto y Rodríguez Gallego, 1983), se ha esti-mado conveniente elaborar este trabajo conel doble objetivo de confirmar la validez de

los antecedentes, y aportar nuevos datos quelos complementan, haciéndolos más deta-llados. Finalmente se ofrecen criterios simplespara la clasificación de cloritas en base a suspropiedades ópticas.

Entre los numerosos estudios que se han lle-vado a cabo para relacionar propiedades óp-ticas y composición química de cloritas, cabecitar aquí los de Orcel (1927); Winchell(1936); Serduchenko (1953); Hey (1954); Al-bee (1962); Deer et al. (1966) y Saggerson yTurner (1982). Hey (1954), presenta un grá-fico análogo al de su clasificación de cloritas,en función del contenido en Fe y grado desustitución tetraédrica Si por Al. En dichográfico se representa la relación de la composi-ción química con el índice de refracción, la bi-rrefringencia y el peso específico. Para dichoautor las propiedades ópticas son función enigual medida de la relación F/FM (Fe + Mn/Fe+ Mn + Mg) y del grado de sustitución Si porAI.

Albee (1962), por el contrario, no encuentrarelación entre tales propiedades y la sustitu-ción Si/Al, considerándolas como consecuen-cia casi exclusiva de la relación F/FM. El au-m e n t o de Fe va a c o m p a ñ a d o de unincremento de los tres índices de refracción,haciéndose, no obstante, cada vez menor labirrefrigencia, llegando a alcanzar un valor Opara una relación F/FM = 0,52. Para valorescercanos a ésta, la clorita es isótropa para de-terminadas longitudes de onda, presentandocolores anómalos de interferencia. Por en-cima de F/FM = 0,52 se produce una inver-sión en la orientación de índices a y y, cam-biando, pues, su signo óptico y de elongacióny la birrefringencia se hace de nuevo cada vezmayor.

Saggerson y Turner (1982), llevan a cabo una

DETERMINACIÓN DE CLORITAS EN ROCAS METAMORF1CAS

recopilación y nuevo tratamiento de los datosbibliográficos aportados previamente, inten-tando establecer criterios ópticos de clasifica-ción. Dichos autores se inclinan por la hipó-tesis de la doble influencia Si/Al y F/FNT

MATERIAL Y MÉTODOS

Se han estudiado 116 muestras, correspon-dientes a diversas rocas metamórficas y filon-cillos asociados dentro del ámbito de la Cor-dillera Bélica. En ía misma, las cloritas sonun grupo de minerales muy frecuentes, queaparecen abundantemente en rocas de bajogrado de metamorfismo, fundamentalmentefilitas y micaesquistos de grano fino, for-mando parte de la paragénesis fundamentalde la roca. En la mayoría de los casos su pe-queño tamaño de grano, la fuerte orientaciónpreferencial y los finos intercrecimientos concristales de mica hacen difícil la medida depropiedades tales como índices de refracción,birrefringencia o ángulo 2V. En este trabajose propone el desarrollo de métodos de estu-dio válidos para tales casos, basados en pror

piedades ópticas simples, determinables fácil-mente. Se ha observado el color e intensidaddel pleocroísmo, el color de interferencia l ylos signos óptico y de elongación. En aquellasmuestras en que su tamaño de grano lo hahecho posible, se ha medido el retardo con elcompensador de Berek y se ha calculado subirrefringencia. Estas propiedades se han re-lacionado con la composición química de cadamuestra, determinada mediante microsondaelectrónica y/o difractometría de Rayos X, se-gún la metodología de Nieto y Rodríguez Ga-llego (1983).

RESULTADOS

A partir del color de interferencia, signo óp-tico y signo de elongación se han definidodiez tipos ópticos de cloritas. La Tabla I re-coge dichas características ópticas, así comoel valor medio de la birrefringencia de lasmuestras que se han podido medir para cadauno de los tipos. Asimismo se dan los valoresde la media y la desviación estándar de la ra-zón F/FM para cada uno.

El color por transmisión varía desde incoloroa verde, con todos los matices intermedios.Las muestras incoloras coinciden con las delos tipos I y U de la Tabla I, y para el resto,la intensidad del color crece progresivamenteconforme lo hace el parámetro F/FM, osci-lando desde sólo ligeramente verdosas para eltipo III, hasta fuertemente coloreadas para eltipo XI.

Las muestras coloreadas son pleocroicas,verdes para la dirección del máximo alarga-miento y blancas verdosas (las de signo ópticopositivo) o amarillas verdosas (las de signoóptico negativo) para la dirección perpendicu-lar. Se ha apreciado también la intensidad devariación de dicha propiedad, diferenciandotres tipos en relación al pleocroísmo: nulo,débil y fuerte. La figura 1 representa la rela-ción de dicha propiedad con los tipos ópticosdefinidos en la Tabla I, así como con el con-tenido .en Fe. Se pueden observar cuatrozonas de predominio. La primera, de pleo-croísmo nulo o débil, corresponde en líneasgenerales a las muestras incoloras o con muypoco color. La segunda zona de pleocroísmodébil, se puede relacionar con las cercanías

• El color de interferencia se refiere en todos los casos a un espesor de 0,03 mm. controlado mediante un compensa-dor de Berek, sobre el cuarzo presente en las láminas.

F. NIETO

TABLA I. Tipos ópticos de cloritas y su relación con el grado de sustitución Fe por Mg.

Características ópticas

Tipo

IIIIIIIVVVIVIIVIIIIXX

s. óptico

+++++++

--

s. elongc.

—------

++

color de interf.

Amarillo IGris IVerde grisáceoVerdeVerde marrónMarrón verdosoMarrónIsótropasVioletasAzules

bírrefring. media

0,0150,0070,0060,0050,0040,002,0,001S

O.OOOs0,0015

ValoresEstadísticos

F/FM

n

276

3312y

19555

X

0,060,190,260,300,330,360,400,460,49U,65

(TX

0,000,040,040,040,030,040,050,030,020,05

N.° Microfotografía

12

3-456

7-8-9

1011

FIGURA I. Frecuencia de aparición de cloritas con pleocroísmos fuertes y débiles o nulos en relación a: a) Conte-nido en Fe; b) Tipo óptico de la Tabla I.

( a ) (b)

Zenaí irprrdamini»

dtbitVTA

0.0 10 l.t Í-S 2.2 2-6 3.0 J.í

Pteocrmsm e

tuertei; m iv v vi vn VIH ¡x x

Foto en color: Ejemplos de los tipo ópticos de cloritas descritos en la Tabla I.

DETERMINACIÓN DE CLORITAS EN ROCAS METAMORFICAS

del cambio de signo óptico en el tipo VIII(isótropas), que al presentar diferencias mí-nimas o nulas entre los índices de refracción,presentan asimismo muy pocas diferencias ensus curvas de absorción selectivas.

El ángulo 2V es difícil de apreciar debido a laorientación preferencial, al pequeño tamañode grano y a los intercrecimientos con micasblancas; no obstante, en los casos en que seha podido observar es de 0° o muy cercano.

INTERPRETACIÓN Y CONCLUSIONES

Los estudios previos sobre el tema, recogidosen el apartado de antecedentes, coinciden enla importancia de la sustitución de Fe porMg, como determinante de las propiedadesópticas de la clorita. Los datos recogidos enla Tabla I la confirman plenamente y ofrecenla posibilidad de realizar una aproximación alvalor de F/FM en base a propiedades simplescualitativas como color de interfencia y signode elongación, apreciables sobre cristales, in-cluso muy pequeños.

Las interpretaciones de Albee (1962) por unaparte y Hey (1954) y Saggerson y Turner(1982) por otra, difieren en la importancia delpapel que juega la sustitución Si por Al,Mientras que para el primero, este último pa-rámetro no tiene influencia apreciable sobrelas propiedades ópticas, los últimos encuen-tran correlaciones matemáticas que relacionanaquéllas tanto con la F/FM como con la susti-tución Si/Al. Lo que no se menciona en nin-guno de los casos es que ambas característicasquímicas de la clorita no son totalmente inde-pendientes, sino que se encuentran relacio-nadas entre sí, tendiendo a ser mayor la can-tidad de Al a medida que aumenta la relación

F/FM (Bayley y Brown, 1962; Bayley, 1976,Nieto 1982). Por tanto, el tratamiento estadís-tico de los datos, para estudiar la influenciade ambos parámetros sobre las propiedadesópticas no se podrá hacer nunca considerán-dolos independientemente, ya que siempre vaa existir una interdependencia de ambos. Estarelación es, por otra parte, mucho más mar-cada cuando se estudian muestras de unmismo ambiente y condiciones de formaciónrelativamente semejantes.

Para poder individualizar la influencia decada uno de esos parámetros sobre las pro-piedades ópticas y así poder estudiarlas inde-pendientemente una de otra, se han seleccio-nado colecciones de muestras que presentaránun valor constante o muy cercano para cadauno de los parámetros. El resultado se recogeen la Tabla II, y como puede observarse,mientras el parámetro F/FM conserva su in-fluencia incluso considerando muestras conigual valor de Si, este último, consideradasmuestras con el mismo valor F/FM, no tieneuna relación clara con las propiedades óp-ticas.

Adicionalmente, en la figura 2 se han repre-sentado los valores composicionales medioscorrespondientes a los diez tipos ópticos defi-nidos en la Tabla I sobre el esquema de Sag-gerson y Turner (1982), basados en la dobleinfluencia (F/FM y Si/Al). Como puede ob-servarse, los valores de birrefringencia que seobtienen a partir de dicho esquema difierennotablemente de los reflejados en la Tabla Icomo media de cada tipo óptico. Por otraparte,. todas las muestras caen en la zonacomposicional definida por Hey y posterior-mente confirmada por Saggerson y Turnercomo de signo óptico positivo y elongaciónnegativa, y relativamente alejadas de la líneade cambio de signo; sin embargo, casi todas

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TABLA II

A-Valores de F/FM para muestrascon un valor cíe. de SÍ (2.4-2.5)

Tipo (1)

IIIIVV

VIVII

VIIIIXX

Relación F/FM

X

0.260.320.350.350.390.450.490.69

ox

0.000.040.030.020.070.030.03O.(X)

B-Valores de Si para muestrascon un valor cte. de F/FM (0.34-0.39)

Tipo (1)

IVV

VIVII

Contenido en Si

X

2.492.492.492.48

ox

0.050.070.040.01

(1) Según están definidos en la Tabla I.

Fe TOTAL

< 5.0 5.6 6.2 70 8.0

SÍ/AL (capa tefraedrica ¡

FIGURA 2. Aplicación del gráfico propuesto por Saggerson Y Turner (1982) a los tipos ópticos definidos en la TablaI. Los puntos corresponden a los valores composicionales medios de cada tipo.

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DETERMINACIÓN DE CLORITAS EN ROCAS METAMORFICAS

presentan colores anómalos de interferencia,las del tipo VII son isótropas y los tipos IX yX presentan signo óptico negativo y elonga-ción positiva. Por tanto, los resultados obte-nidos mediante la aplicación del gráfico no seajustan en absoluto a los casos reales. Encambio, si se representan nuestros valores enel esquema de Albee (1962), basado exclusi-vamente en la relación F/FM, se observa queexiste un acuerdo notablemente mayor, comoqueda de manifiesto en la Tabla III.

Por otra parte, y desde un punto de vista teó-rico, las modificaciones de los índices de re-fracción con la composición química debenser consecuencia directa de las diferencias enlas polarizabilidades atómicas de los ele-mentos que se sustituyen (Bloss, 1970), portanto la sustitución de Fe por Mg elementoscon diferente número de capas electrónicasha de tener necesariamente un efecto neta-mente superior a la de Si por Al, que presen-tan el mismo número de capas.

Parece claro, pues, tanto desde el punto devista teórico, como a partir de los datos apor-tados en este trabajo, que el esquema quemejores resultados da es el de Albee ( 1 9 6 2 ) . De

acuerdo, pues, con este autor y con los resul-tados aquí obtenidos, se puede conseguir unaaproximación bastante buena al valor delgrado de sustitución de Fe por Mg.

Por ello cuando el tamaño de grano y laorientación preferencia! no permitan la me-dida de propiedades como la birrefringencia oíndice de refracción, la adscripción de lamuestra a uno de los tipos ópticos represen-tados en la figura 3, a partir del color de in-terferencia y signo de elongación permitiráobtener una idea del campo de composicionesen que se mueve la muestra. La intensidaddel pleocroísmo ofrece un dato suplementarioque puede permitir precisar algo más la infor-mación a partir de la figura 1.

No obstante, hay que tener en cuenta, encualquier caso, que las apreciaciones que sepueden hacer exclusivamente a partir de pro-piedades ópticas, sólo ofrecen una ideaaproximada de la composición de la clorita yse pueden encontrar sujetas a márgenes deerror elevados para algunas muestras, tal ycomo puede comprobarse con las desvia-ciones estándar recogidas en la Tabla I. Sonnumerosas las variables que intervienen en la

TABLA III. Test de los resultados obtenidos mediante el gráfico de Albee (1962).

Tipoóptico

III

IIIIVV

VIVII

VIHIXX

Birrefringenciamedia (1)

0.0150.0070.0060.0050.0040.00250.00150.0000.00050.0015

Valor F/FMmedio (1)

0.060.190.260.300.330.360.400.460.490.65

Valor F/FMAlbee, 1962 (2)

0.000.220.260.300.350.410.460.520.540.58

(1) Según Tabla I.

(2) Calculado a partir del valor de la birrcfringencia.

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F. NIETO

Fe + Mn

e + Mn+Mg

flrlvia I mi, I

5 ÓPTICO -

S ClONCtCION +.

S ÓPTICO •+•

mCoHr i, iricrltt.

FIGURA 3. Relación entre la composición química de la clorila y sus características ópticas. Los nombres de cadatipo se refieren al color de interferencia. Son anómalos todos aquellos que presentan retardos inferiores al gris.

composición de la clorita y algunas, especial-mente el número de huecos y el contenido deFe3+, modifican sustancialmente las propie-dades de la misma. Sin embargo, parece claroque este método rápido y fácil de aplicarpuede suponer una importante ayuda en ladeteminación óptica de cloritas.

Finalmente, los criterios aquí propuestos per-miten una aplicación fácil y especialmente na-tural de la clasificación de la AIPEA (Bailey,1980). Dicha clasificación se basa en el catiónmayoritario de la capá octaédrica y reduce los

términos de clorita a clinocloro para conte-nido mayoritario en Mg y chamosita para eltérmino ferroso, a parte de los casos menosfrecuentes con Mn o Ni,

En la Tabla IV, se propone la aplicación dela clasificación de la AIPEA, mediante loscriterios ópticos simples descritos en los apar-tados anteriores, aceptando la recomendaciónde dicho organismo sobre el uso de adjetivosen adición a los dos nombres básicos, cuandola calidad de las observaciones así lo permita.

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DETERMINACIÓN DE CLORITAS EN ROCAS METAMORFICAS

1 AULA l\ Clasillcíidon y composición de doriías ;i part ir de sus características ópticas.

Color inlerf .

Amarillo I

Gris I

Ano. Verde

Ano. Marrón

Isótropa

Ano. Violeta

Ano. Azul

Gris I

Amarillo I

Birref. media

0.015

0.007

0,005

0,002

0

0,001

0,002

0.007

0,015

signo óptico

+

+

+

+

-

-

-

-

signo elong.

-

-

-

-

+

+

+

+

F/FM

0.05

0.2

0.3

0.4

0,45

0.5

0.65

0.8

0,95

Fórmula tipo

(Si,., Al,.2) 01(1

(Mg4.6 Fe(,; Á1U)(OH)8

(SÍ3.6 Al,.,) 010

(Mfoj.Fe^AUÍOH),,

(SÍ2.5AI,.5)01(1

(Mgí.JFe!.4Ál1.2)(OH)R

(SkíAlu)Ou<Mg:.s Fe3,0 AluMOH),

(SiMAI,¿)Ow

(Mg3.6 Fe,.: AluKOH),

(Si,., AIW) 010

(Mg:.4 Fe,.4 AluKOH),,

(Si,., Alu) Oin

(Mgl.6Fe?.nAl1.JKOH)K

Nombre (1)

Clinocloro muypobre en Fe

Clinocloro pobreen Fe.

Clinocloro

Clinocloroferroso

Clinocloro muyferroso

Chamosita muymagnésica

Chamositamagnésica

Chamosita

Chamosita muypobre en Mg

(1) Según clasificación de la AIPEA.

AGRADECIMIENTOS

A la profesora P. Fenoll, por la crítica y dis-cusión del manuscrito, así como por la elabo-ración de las microfotografías. A los profe-sores F. Aldaya y M. T. Gómez Pugnaire,por las muestras facilitadas.

B I B L I O G R A F Í A

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