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Tlamati Sabiduría, Volumen 7 Número Especial 2 (2016)
4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación
Acapulco, Guerrero 21, 21 y 23 de septiembre 2016
Memorias
Obtención y selección de rocas y minerales para preparar material didáctico
de la asignatura mineralogía óptica como parte del proyecto PAPIME-
PE105116
Daniel Santiago Oliveros Rodríguez (Becario)
Universidad de Autónoma de Guerrero
Unidad Académica de Ciencias de la Tierra
Programa de Verano Delfín
Área I: Física, Matemáticas y Ciencias de la Tierra
Ing. Alfredo Victoria Morales (Asesor)
Universidad de Nacional Autónoma de México
Facultad de Ingeniería
Resumen
La identificación y el reconocimiento de las propiedades ópticas de los minerales para
clasificarlos, es una parte fundamental para desarrollar el aprendizaje en los estudiantes de
Ciencias de la Tierra, particularmente en la carrera de Geología. Los minerales presentes en cada
tipo de roca, indican las condiciones en las que esta se formó y el contexto tectónico al que
pueden estar sujetas. Para poder enseñar las propiedades y características ópticas de los
minerales, los profesores a cargo de la materia de Mineralogía Óptica necesitan el material
didáctico suficiente y adecuado donde se pueda obtener dichas propiedades, estos materiales son
principalmente secciones delgadas monominerálicas y de roca. En la Facultad de Ingeniería de la
UNAM se cuenta con el equipo indicado para la enseñanza en esta materia, sin embargo, se
enfrenta al problema de que el material didáctico está deteriorado y mal clasificado, por lo que es
necesario recolectar nuevas muestras, procesarlas y analizar químicamente para asegurarse de
que los minerales que están observando sean los correctos.
Palabras Clave: Mineralogía, Figura de Interferencia, Índice de Refracción, Difracción de RX
Introducción
4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación
Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016
La identificación de minerales es para los profesionales en Ciencias de la Tierra la parte
medular de cualquier trabajo geológico, los minerales son a las rocas lo que las células a los seres
vivos, un mineral nos indica condiciones de formación que prevalecieron cuando se formó la roca
y una serie minerales nos sirve para describir la evolución geológica de la roca y por lo tanto de
la región geográfica donde se encuentra. Muchos minerales que constituyen a las rocas son de
tamaño microscópico, por lo que es importante que los estudiantes de Ciencias de la Tierra sepan
con que técnicas se cuenta para poder describir e identificar minerales de esos tamaños y en el
caso de los estudiantes de Geología, estos deben de capacitarse en estas técnicas para poder
continuar con sus estudios en los diferentes tipos de petrología y de yacimientos minerales.
La asignatura Mineralogía Óptica se imparte en el laboratorio de Mineralogía de la
Facultad de ingeniería que cuenta con una infraestructura y equipo muy viejo, pero que aún
puede ser utilizado, así como colecciones de secciones delgadas de muestras monominerálicas y
de roca que los alumnos utilizan en sus prácticas de laboratorio, con las cuales el alumno
adquiere la habilidad de identificar minerales mediante sus propiedades ópticas observadas en un
microscopio petrográfico, dicho material está dañado prácticamente en su totalidad e incompleto,
además no se tiene muestra de mano para la reposición de las muestras dañadas.
El laboratorio cuenta con una gran cantidad de láminas petrográficas, las cuales son
utilizadas en el curso de Mineralogía óptica, sin embargo, están sumamente oxidadas y se
desconoce el lugar donde se obtuvieron. Restaurarlas sería muy costoso, llevaría mucho tiempo
arreglarlas, estudiarlas y finalmente serían parcialmente útiles por no contar con la información
completa de su procedencia, por lo que la mejor opción es preparar una nueva colección en
donde se invertirá el mismo tiempo y costos, pero se tendrá un control apropiado de su
procedencia y relaciones de importancia geológica y explotación.
Materiales y Métodos
Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016)
El primer paso a desarrollar en este proceso, fue la recolección bibliográfica sobre las
características ópticas de los minerales que son parte del objeto de estudio en esta etapa del
proyecto PAPIME-PE105116. Estas características ópticas son las de índice de refracción, figura
de interferencia, signo óptico e indicatríces ópticas en minerales biáxicos y uniáxicos. Esta
información fue recolectada en los libros de Cornelis et al, 1997, Kerr, 1965, y Le Maitre, 2002.
Posteriormente se realizó la salida a campo a diferentes localidades en los estados de
Querétaro y San Luis Potosí. Este trabajo de campo se llevó a cabo los días del 7 al 10 de Julio,
donde se realizó el muestreo pertinente de los afloramientos, se procuró que las rocas colectadas
presentaran la mayor variedad de textura, de ensambles mineralógicos, y que fueran
representativas de los distintos afloramientos. La recolección de las muestras se realizó
seleccionando las rocas con aspecto más fresco, sin evidencias observables de intemperismo para
su mejor estudio. Las muestras se colectaron utilizando un marro de acero común y, cuando fue
posible, fueron descostradas directamente en el campo con una pica de acero para eliminar las
capas superficiales de alteración. Los tipos de roca y minerales principales que se recolectaron en
campo se pueden observar en la tabla 1.
Tabla 1- Localidades visitadas en los estados de Querétaro y San Luis Potosí y tipo de roca muestreada.
Día Localidad Tipo de roca
muestreado
Minerales
principales
7 de Julio Tequisquiapan, Qro. Riolita Ópalo
8 de Julio
El Coyote, SLP. Caliza Celestita
Calcita
El Realejo, SLP Granito y
Granodiorita
Turmalina
Lepidolita
Hornblenda
9 de Julio El Tepetate, SLP Riolita Topacio
10 de Julio La Joya Honda, SLP Toba
Basalto
Olivino
Piroxeno
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Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016
El siguiente paso fue procesar las muestras para hacer láminas delgadas monominerálicas,
primeramente se procesaron cristales de topacio. En estos cristales se realizaron varios cortes en
diferentes ángulos para poder distinguir las características ópticas en cada uno de ellos, con el
propósito de observar las variaciones en la figura de interferencia. Los minerales fueron cortados
con cortadora de disco de diamante de 4 pulgadas (imagen 1), estos fragmentos orientados fueron
encapsulados en resina epóxica para facilitar el proceso de desbaste y laminación. Para llevar a
cabo esto, se utilizaron vidrios de 20 x 20 cm y abrasivos de distintos grosores, empezando por el
de número 240 que es el más grueso, para asentar la muestra encapsulada (imagen 2). Una vez
que la muestra queda perfectamente plana y sin irregularidades, cambiamos al abrasivo número
600 con el que empezamos a medir grosores, por último utilizamos el abrasivo número 1000 con
el que rebajamos la muestra hasta el grosor de micras; en este último paso la lámina fue
periódicamente revisada en el microscopio petrográfico para llevar un control de calidad y evitar
la pérdida parcial o total de la muestra. La parte final fue poner un cubre objetos a todas las
láminas delgadas listas para proteger la secciones delgadas.
La última parte de este proceso fue el análisis químico de los minerales no identificados
en campo, a través de métodos analíticos no destructivos. La técnica utilizada para identificar
dichos minerales fue el Difractómetro de rayos X de marca SIEMENS
KRISTALLOFLEX (imagen 3), que se encuentra en el laboratorio de difracción de rayos X del
Instituto de Geología de la UNAM.
Imagen 1- Corte orientados de minerales Imagen 2 - Desbaste de muestras
encapsuladas
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El equipo de difracción de rayos X, permite la identificación de estructuras cristalinas
fundamentado en la difracción según Bragg. Consta de una fuente de radiación monocromática,
un portamuestras móvil con un ángulo variable y un contador de radiación X asociado al
portamuestras. Este método hace incidir un haz de rayos X sobre la muestra en donde los átomos
están dispuestos en forma periódica. Cuando el haz de rayos incide sobre ellos, actúan como
fuentes secundarias y re-emiten los rayos en todas direcciones. La diferencia de caminos ópticos
recorridos por los rayos da lugar a fenómenos de interferencia y el resultado final es que el rayo
incidente se separa en rayos difractados. Con un detector de rayos X se mide la dirección en la
que han salido los rayos difractados y su intensidad, los datos son transmitidos a un ordenados
donde la información es graficada en un difractograma. La Figura 1 muestra la disposición básica
de funcionamiento.
Imagen 3 – Difractómetro de rayos X SIEMENS KRISTALLOFLEX
utilizado para la identificación de minerales colectados en campo.
Figura 1 – Disposición básica de funcionamiento del
difractómetro. Tomado de www.upv.es/materiales/
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Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016
La preparación de las muestras se llevó a cabo pulverizando una cantidad suficiente del mineral,
hasta lograr obtener un material muy fino (polvo o talco), para esto se utilizó un mortero para
moler la muestra (imagen 4). El polvo obtenido es colocado en el portamuestra para ser
analizado.
Imagen 4 – Pulverización de minerales para
poder ser analizados bajo el Difractómetro de
rayos X.
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Resultados
Los resultados arrojados por la bibliografía ocupada, el trabajo realizado en campo, y
laboratorios ocupados, cumplen con los objetivo de determinar propiedades ópticas de los
minerales colectados en campo y finalmente preparar el material didáctico para la asignatura de
Mineralogía Óptica.
Resultados Bibliográficos
De acuerdo a los libros consultados se recopiló la información necesaria para conocer los
índices de refracción, figura de interferencia y signo óptico de los minerales recolectados en
campo y algunos de importancia petrogenética, estos datos se ven representados en la tabla 2 y 3
la cuales se muestran a continuación.
Mineral Formula Figura de
Interferencia
Signo Óptico
Cuarzo SiO2 Uniaxial Positivo (+)
Apatito Ca5(PO
4)
3F Uniaxial Positivo (+)
Turmalina Na(Li1.5
Al1.5
)Al6(Si
6O
18)(BO
3)3(OH)
3(OH) Uniaxial Positivo (+)
Calcita CaCO3 Uniaxial Negativo (-)
Topacio Al2(SiO
4)(F,OH)
2 Biaxial Positivo (+)
Celestita SrSO4 Biaxial Positivo (+)
Olivino (Mg,Fe
2+
)2SiO
4
Biaxial Positivo (+)
Piroxeno (Ca,Na)(Mg,Fe
2+
,Al,Fe3+
,Ti)[(Si,Al)2O
6]
Biaxial Positivo (+)
Hornblenda {Ca
2}{Fe
4
2+
Al}(AlSi7O
22)(OH)
2
Biaxial Negativo (-)
Lepidolita KLi2Al(Si
4O
10)(F,OH)
2
Biaxial Negativo (-)
Opalo SiO2 · nH
2O Isotrópico
Tabla 2 - Figura de interferencia y signo óptico de los minerales colectados en campo
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Acapulco, Guerrero 21, 22 y 23 de septiembre 2016
En las figuras 2 y 3 podemos visualizar los ejemplos petrográficos de las figuras de interferencia
uniaxial y biaxial.
En una figura de interferencia uniáxica la dirección de vibración de los rayos ordinarios (ω) es
tangente a las isogiras y la de los extraordinarios (ε) es perpendicular a las isogiras.
La figura de interferencia en un mineral biáxico consiste en dos isogiras con forma de brazos de
hipérbola centradas en cada uno de los dos ejes ópticos, que se juntan y se separan al girar la
platina del microscopio. El carácter óptico de un mineral biáxico se determina identificando la
posición de los índices de refracción α, β y γ.
Figura 2 -Eejemplo de figura de
interferencia uniaxial
Figura 3 - Ejemplo de figura de interferencia biaxial
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De forma conceptual el índice de refracción es el valor de la velocidad de la luz en el vacío
dividido entre la velocidad de transmisión de la luz en ese medio. Cuando un haz de luz que se
propaga por un medio ingresa a otro distinto, una parte del haz se refleja mientras que la otra
sufre una refracción, que consiste en el cambio de dirección del haz.
Resultados Analíticos
Algunos minerales no fueron reconocidos en campo, por lo que fue necesario utilizar métodos
analistas. Estos minerales se analizaron por difracción de rayos X. Los difractogramas se ven en
las figuras 4a y 4b.
Mineral Formula Índice de Refracción
Cuarzo SiO2 nω = 1.543 nε = 1.55
Apatito Ca5(PO
4)
3F nω = 1.631 nε = 1.627
Turmalina Na(Li1.5
Al1.5
)Al6(Si
6O
18)(BO
3)3(OH)
3(OH) nω = 1.633 nε = 1.615
Calcita CaCO3 nω = 1.640 nε = 1.486
Topacio Al2(SiO
4)(F,OH)
2 nα = 1.606 nβ = 1.609 nγ = 1.616
Celestita SrSO4 nα = 1.619 nβ = 1.622 nγ = 1.630
Olivino (Mg,Fe
2+
)2SiO
4
nα = 1.630 nβ = 1.650 nγ = 1.670
Piroxeno (Ca,Na)(Mg,Fe
2+
,Al,Fe3+
,Ti)[(Si,Al)2O
6]
nα = 1.680 nβ = 1.684 nγ = 1.706
Hornblenda {Ca
2}{Fe
4
2+
Al}(AlSi7O
22)(OH)
2
nα =1.687 nβ =1.700 nγ =1.701
Lepidolita KLi2Al(Si
4O
10)(F,OH)
2
nα = 1.530 nβ = 1.551 nγ = 1.555
Opalo SiO2 · nH
2O nα = 1.400 - 1.460
Tabla 3 - Índices de refracción de los minerales colectados en campo
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4a
4b
Figura 4a y 4b – Difractograma correspondiente a minerales de Celestita de la zona del Coyote en San Luis Potosí.
Tlamati Sabiduría Volumen 7 Número Especial 2 (2016)
Los análisis indican que los minerales no identificados en la zona del Coyote en San Luis Potosí,
corresponden a Celestitas con un alto grado de cristalinidad, lo que indica la presencia de
Estroncio (Sr) en zona.
Discusión y conclusiones
Como parte del proyecto PAPIME-PE105116, buscamos recolectar la mayor cantidad de
especies minerales para enriquecer la colección de láminas monominerálicas para petrografía.
Entre los minerales que se esperaba encontrar en la zona del Coyote en San Luis Potosí, era la
Estroncianita, por tal motivo se hicieron los análisis químicos de las muestras de esa zona, como
vimos en las gráficas anteriores, los resultados indican la presencia de Celestita, lo que nos obliga
a seguir muestreando la zona en busca de Estroncianita.
Por otro lado, cabe mencionar que el tiempo que duró la estancia no fue suficiente para
realizar el estudio completo de este proyecto, ya que este contempla un tiempo estimado de tres
años para llegar a cumplir todos sus objetivos.
Agradecimientos
En primero lugar quiero agradecer al Programa Delfín por permitirme participar en el
XXI verano de la investigación científica y de esta forma ampliar y fortalecer mis conocimientos.
Gracias por la beca que me otorgaron, ya que sin ese apoyo no sería posible realizar esta estancia
y vivir esta experiencia.
Agradezco el Ing. Alfredo Victoria Morales por aceptarme e incluirme en su equipo de
trabajo, por asesorarme en todas las dudas que surgieron a lo largo de la estancia y más que nada
por ser mi maestro sin darme clases.
Agradezco también a todas las personas que estuvieron a mí alrededor como parte del
mismo proyecto y a las personas que me brindaron su compañía y apoyo durante la estancia.
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Referencias
Cornelis, K., Cornelius, S. y Hurlbut, Jr. (1997). Manual de Mineralogía. Cuarta Edición.
Barcelona, ES: REVERTÉ, S.A., 388p.
Kerr P. F., (1965). Mineralogía Óptica. Tercera Edición, Nueva York, EU: McGraw-Hill
Book Company , Inc., 432p.
Le Maitre, (2002). Igneous rocks, a classification and glossary of terms recomendations
of the international Union Geological Sciences Subcomission on the systematics of igneous
rocks. Segunda Edición. Trinity LN: CAMBRIDGE UNIVERSITY press, 249p.
Universidad del País Vasco (2016, Agosto 10). Signos Ópticos. Obtenido de
http://www.ehu.eus/mineralogiaoptica/Atlas_de_Mineralogia_Optica/Propiedades_Opticas/Pagin
as/Signos_Opticos.html
Universidad Politécnica de Valencia (2016, Agosto, 10). Método operativo. Difractómetro de
rayos x. Obtenido de http://www.upv.es/materiales/Fcm/Fcm03/pfcm3_4_1.html