FMF - Foro de Mineralogía Formativa

[prcantos]

[María Jesús M.]

Pablo si pones esa localización en Mindat, te aparecerá una roca idéntica a la que expongo.

[prcantos]

Vale, pero exploremos la localidad:

https://www.mindat.org/loc-131743.html
https://www.mindat.org/loc-209832.html
https://www.mindat.org/loc-67966.html

El último enlace, con la roca tan parecida, es de una cantera de serpentinitas con piropo donde se dan también las eclogitas. No quiere decir que la roca de la foto sea (o fuese anteriormente) una eclogita.

[María Jesús M.]

[prcantos]

Por fin he tenido un rato libre y he podido consultar varios libros de petrología. Te cuento.

Lo primero es una rectificación: el olivino sí puede aparecer como accesorio en las eclogitas (antes yo dije que no de memoria), pero nunca será un mineral esencial.

Según Miyashiro (1994), las eclogitas pueden formarse a partir de rocas básicas de varias composiciones o a partir de otras rocas en condiciones de alta presión (transición a la facies de esquistos azules). En particular, hay un tipo de eclogitas, llamadas "eclogitas del grupo III", que se dan siempre como inclusiones en kimberlitas (subgrupo III.A), en rocas basálticas (subgrupo III.B), o como capas en peridotitas (subgrupo III.C). Según lo que hemos visto en Mindat, parece ser que las eclogitas de Zöblitz son de este último subgrupo (III.C), porque aparecen junto a peridotitas con granate en una "gran cantera de serpentinitas". En estos casos, aunque lo lógico en principio es pensar que las rocas alteradas proceden de las rocas autóctonas, suelen observarse indicios de eventos tectónicos que han complicado mucho los contactos entre las distintas litologías. En palabras de Winkler (1976), "en algunas localidades [las eclogitas] parecen haber sido tectónicamente empotradas en un entorno extraño". De modo que, a no ser que tengamos acceso a un estudio específico de la localidad, habría que pensar que las eclogitas de Zöblitz no tienen relación genética con las demás rocas endógenas de su entorno.

En cuanto a las reacciones químicas de formación de los minerales de la serpentina, todas las que he encontrado involucran al olivino, y no a los piroxenos (menos aun a los anfíboles) salvo en un caso que cita Coleman (1977) para las series ofiolíticas: "cuando la proporción de olivino y ortopiroxeno es aproximadamente 1:1, entonces la serpentinita sola [es decir, los minerales de la serpentina de la roca] puede formarse simplemente por hidratación de harzburgitas [un tipo de peridotitas]":


Mg2SiO4 (olivino) + MgSiO2 (opx) + H2O ---> Mg3Si2O5(OH)4 (serpentina)


(Nótese que en las eclogitas el componente fundamental es el clinopiroxeno, no el ortopiroxeno).

Por eso pienso que cuando antes nos decías que la serpentina puede formarse a partir de cualquier silicato de magnesio, creo que olvidaste un factor que en estos casos es fundamental junto a la composición química y las condiciones termodinámicas: la forma cristalina de las fases minerales. El ejemplo es claro: la enstatita, que es un silicato de magnesio del grupo de los clinopiroxenos, no se transforma en serpentinas, sino en antofilita o en talco, otros silicatos de magnesio que son accesorios comunes en las serpentinitas; o incluso puede quedar inalterado como piroxeno en la roca serpentinizada. Es decir, aunque las reacciones químicas sean posibles a nivel de sustancias, la forma cristalina característica de los minerales impone restricciones muy importantes que limitan mucho las asociaciones minerales y las paragénesis.

Por todo esto sigo pensando que tu roca es una serpentinita con granate formada por hidratación de las peridotitas con granate autóctonas, y no una eclogita serpentinizada.

[María Jesús M.]

Hola Pablo

Ni siquiera en los libros de geoquímica se incluyen todas y cada una de las posibles reacciones metamórficas, sólo se escriben las más frecuentes, indicando en el texto el resto de las posibilidades.

Por ejemplo, para la formación de serpentina solo aparece: olivino + agua = serpentina.
Para la de talco: Dolomita + cuarzo = talco + calcita

A pesar de ello, en todos los libros serios nos dicen que el talco y la serpentina pueden generarse por metamorfismo, en ambiente rico en agua, de silicatos ricos en magnesio, tales como olivinos y piroxenos. Muchos libros, por ejemplo, el texto universitario: “Manual de mineralogía” de Cornelis Klein y Cornelius S.Hurlbut. Ed. Reverté. (1998) o la “Guía de minerales y rocas” de Grijalbo, incluyen también los anfíboles como posibles precursores de la serpentina. ¡Fíjate que no hablo de la roca serpentinita sino del mineral serpentina!.

Tu has dicho que la enstatita puede transformarse en talco, pero no en serpentina. La diferencia entre estos minerales, radica en la proporción de SiO2/Mg, la red cristalina y el grado de hidratación.
Supón que la enstatita se transforma: tanto si evoluciona a serpentina como si lo hace a talco, debe modificar su red cristalina para formar un filosilicato, por lo que en ambos casos la dificultad para el cambio estructural debe ser muy similar. De hecho, en “Minerales, descripción y clasificación” de Joaquim Mollfulleda se específica: “la serpentina se forma por alteración hidrotermal de rocas ricas en minerales magnesianos, como el olivino o la enstatita”.

Hasta otra

[prcantos]

Vaya, no me había dado cuenta de que el talco y la serpentina, ambos filosilicatos, son también del mismo sistema cristalino (monoclínicos).

De todas formas te puedo asegurar que he mirado muchas y muchas reacciones y descripciones en los libros. Tiendo a pensar que si la formación de serpentina a partir de piroxenos o anfíboles magnésicos fuese algo corriente, tendría que estar bien recogido en la bibliografía especializada (también en la que yo he consultado), ¿no te parece?.

A ver si alguien más puede aportar información. Saludos.

[Cesar M. Salvan]

En efecto, está bastante recogido en la bibliografía y, en general, durante la serpentinización, tanto el olivino como los ortopiroxenos y clinopiroxenos ricos en magnesio, son reemplazados por serpentinas y sus acompañantes habituales (magnetita, brucita, carbonatos, etc...). Es mas, el piroxeno es un componente fundamental en la reacción:

olivino+piroxeno+agua --> serpentina (+brucita) (+magnetita) + hidrogeno

que es una fuente de poder reductor para la transformación de CO2 en CH4 y otros procesos que pudieron ser fundamentales en la corteza terrestre durante la época prebiótica.

Generalizando, un mineral primario rico en magnesio puede sufrir serpentinización, y es relativamente frecuente ver texturas en las que hay reemplazamiento de no solo olivino, sino también de piroxenos y anfíboles por serpentina.

Yo no soy un experto conocedor del tema, mis conocimientos son marginales, debido al potencial interés del proceso de serpentinización en conexión con el origen de la vida, pero esto es lo que sé.
Quien tenga conocimientos básicos y quiera profundizar un poco, le recomiendo el numero de abril de este año de la revista Elements, dedicado a las serpentinitas.

[prcantos]

César: me había llamado mucho la atención que empleases la palabra "reemplazar", e iba a preguntarte en qué sentido la estabas usando, porque no es lo mismo un mineral reemplazado que un mineral transformado; pero como has completado el mensaje con la reacción, ya has resuelto mi duda.

Efectivamente, parece que la serpentina puede formarse también a partir de piroxenos ricos en Mg; yo sólo había encontrado una referencia, vosotros disponéis de más. Pero, si nos fijamos, siempre tiene que haber olivino en una proporción al menos equiparable al piroxeno, como ya se apuntaba en la cita de Coleman.

Por eso creo que el matiz que antes aportó María Jesús es fundamental para delimitar bien el problema que manejamos, y que yo había perdido de vista en gran medida: una cosa es la formación de la roca llamada serpentinita, y otra cosa es la formación de minerales del grupo de la serpentina.

El segundo problema parece ya bastante claro con todo lo que hemos dicho: los minerales de la serpentina se pueden formar o bien sólo a partir de olivino, o bien a partir de olivino + piroxeno adecuado. La formación de serpentinas a partir de piroxeno exclusivamente creo que no está justificada con las referencias que tenemos, aunque quizá no sea imposible.

El primero, en cambio, referido al caso particular de la roca de María Jesús, sólo tiene por ahora una solución general, que es el proceso general de serpentinización de rocas ultrabásicas y la descripción de esos complejos de metabasitas y serpentinitas de los que Zöblitz es un ejemplo (y en los cuales las eclogitas son incorporaciónes alóctonas). Para afinar más habría que encontrar algún estudio específico de la localidad donde se hable de esa posible serpentinización de eclogitas.

[María Jesús M.]

Hola Pablo, en efecto, creo que tu duda y convicción inicial se debe al hecho de que centras tu interés en las rocas e, imagino, leerás libros de rocas.

Fíjate, si sólo forman serpentinas los silicatos de magnesio, la roca ideal precursora de la serpentinita (formada casi exclusivamente por serpentina), no podría contener cuarzo, feldespatos o feldespatoides. Tendría que ser una roca formada casi exclusivamente por silicatos magnésicos. Evidentemente, esa roca precursora de la serpentinita sólo puede ser una ultramáfica, como, por ejemplo, la peridotitas.

Te cuento de donde viene el límite olivino/piroxeno que has mencionado. Como dije más arriba, la relación Si/Mg es distinta en estos silicatos, en serpentina es 2/3, en enstatita 1/1 y en forsterita 1/2 . Por tanto, para obtener una serpentinita debemos tener una relación de Si/Mg de 2/3.
Vale, pues el que dijo que para formar serpentinita debía haber una relación 1:1 de forsterita/enstatita estaba pensando en el proceso como si fuese una relación matemática: hacer que el porcentaje de Si/Mg de la mezcla llegue al teórico: 2/3.
Es la descripción de un sistema “idealizado” para formar serpentinitas en sistema cerrado (aislado), lo cual es un poco incongruente ya que la formación de serpentina requiere agua, es decir, un sistema abierto, que puede tardar millones de años en completarse.

Las reacciones metamórficas no son sólo (mineral A)= (mineral B), no cuentan sólo los minerales inicial y final sino también el ambiente termodinámico y la circulación de fluidos. En el caso de la serpentina, si el fluido que hidrata la roca es rico en magnesio (por ejemplo, procedente de una masa de dolomias cercanas, muy frecuentes en ambiente de rocas básicas), no nos hace ninguna falta introducir el olivino en la ecuación.

[prcantos]

[prcantos]

Por fin he encontrado una cita concreta sobre el problema de la formación de serpentina a partir del piroxeno. Algo así es lo que yo echaba en falta: se habla claramente de la serpentinizción del piroxeno independientemente del olivino (siempre por debajo de 500ºC y normalmente incluso por debajo de 350).

"La reacción básica puede escribirse de la forma

2 Forsterita + 3 H2O ---> Serpentina + Brucita

si lo que se serpentiniza es olivino y en la forma

3 Enstatita + 2 H2O ---> Serpentina + SiO2

si es piroxeno"

(Tomado de Javier Gómez Jiménez, Metamorfismo - Apuntes de la asignatura Petrología Endógena II (Módulo I), tercer curso de la Licenciatura en Geología, Departamento de Ciencias de la Tierra, Universidad de Zaragoza, Enero 2006, p. 147. Disponible en https://gmg.unizar.es/gmgweb/Asignaturas/EndogenaII/metamorfismo_nuevo/default.htm ) (enlace normalizado por FMF) .

[prcantos]

El diagrama que citaba antes (que se puede reproducir simplemente citando la fuente) es una buena representación de uno de los problemas que ha aparecido hasta ahora: si la serpentina puede generarse a partir del ortopiroxeno magnésico también en defecto de olivino.

[germanvet]

Interesantisssssssssima discusión científica. Bravo por los participantes. Todos aprendemos más de rocas y minerales. ¡NO dejéis de cuestionaros por favor ! y promover más " "discusiones"como ésta, aunque sean durillas por agotadoras (para vosotros ...supongo). Enhorabuena

Germán

[prcantos]

Volviendo a lo que antes llamé "primer problema", el de las asociaciones de rocas básicas y ultrabásicas metamorfizadas de lugares como Zöbitz, acabo de encontrar un documento extraordinario. Parece ser una colección de artículos, o algo parecido, que documentan una excursión por los Montes Metálicos de Sajonia y Bohemia con motivo del 9th International Eclogite Conference 2011. El enlace es https://geolines.gli.cas.cz/index.php?id=volume23 .

Tiene mucho que leer, desde luego, pero usando el buscador se puede notar rápidamente que las serpentinitas de la zona de Zöblitz provienen todas de peridotitas, no de eclogitas. Además, se puede leer un detalle interesante (página 51):

"La serpentinita [de Zöblitz] se compone principalmente de lizardita y clinocrisotilo y antigorita subordinados. Además, se dan agregados milimétricos de clorita que pseudomorfizan granates. Ocasionalmente se pueden hallar porciones preservadas de la lherzolita con granate original como grandes bloques residuales en la parte antigua de la cantera. La lherzolita se compone de granates centimétricos con aureolas kelifíticas en matriz de olivino equigranular milimétrico, clinopiroxeno, ortopiroxeno y cantidades menores de anfíbol".

Con esta descripción, la pregunta para María Jesús es si su roca con granates casi centimétricos no será más bien una lherzolita con granate no serpentinizada... en otras palabras, ¡una roca guapísima! Puedes intentar sacar alguna foto de cerca de la matriz verdosa y de los bordes de los granates. Saludos.

[Josele]

Como germanvet, yo también le estoy sacando provecho a este hilo. Gracias a los dos por esforzaros con el tema.

Aprovecho para reproducir aquí la foto original de María Jesús que ha dado pié a esta enriquecedora discusión.

[prcantos]

Yo también estoy aprendiendo muchísimo gracias a la roca que nos puso María Jesús y a la discusión que se ha generado.

Voy a comentar otro detalle que antes se me olvidó, y que da respuesta también a algo que ya apareció y que yo no sabía: la serpentinización de los anfíboles magnésicos.

[María Jesús M.]

Pablo la roca es lo que es, en este caso me limité a copiar la etiqueta y luego, cuando Josele me llamó la atención sobre la lizardita; comprobé las serpentinas y vi que era idéntica a la de Mindat, allí dice que la cantera tiene eclogitas y tu dices que hay lherzolita, pues ni idea de la respuesta a tu pregunta. Lo que sí sé es que me he divertido mucho con la discusión.

Y ya que has colgado esos gráficos tan monos, yo cuelgo el resumen con fórmulas simplificadas, porque si nos ponemos excesivamente rigurosos, al final sólo se entera el que lo escribe. Voy con el resumen del problema que hemos discutido:

Problema 1) El olivino de magnesio se transforma en serpentina.
La forsterita (relación Mg/Si=2/1) posee mayor proporción de magnesio (o menor proporción de sílice que la serpentina (relación Mg/Si=3/2= 1,5). ¿cómo se resuelve? Pues depende del ambiente:

1.a) Si sólo hay forsterita, sobra magnesio y se construye con él otro mineral, por ejemplo, brucita. Digo, por ejemplo, porque si el fluido fuese rico en carbonato (o CO2) se formarían carbonatos de magnesio.

Forsterita + agua = serpentina + brucita.

1.b) Si la roca está formada por olivinos y piroxenos: el piroxeno aporta la sílice suficiente para reaccionar con el exceso de magnesio del olivino.

forsterita + piroxeno-Mg + agua = serpentina

Si en vez de piroxeno de magnesio usamos uno de calcio, se formarán otros minerales cálcicos adicionales.

Problema 2) Un piroxeno de magnesio se transforma en serpentina.
A la enstatita (relación Mg/Si=1/1) le falta magnesio (o le sobra sílice) para llegar a la composición de la serpentina (relación Mg/Si=3/2= 1,5).

2.a) Si sobra sílice se puede formar con ella otro mineral:

piroxeno-Mg + agua = serpentina + cuarzo

2.b) Si el fluido es rico en magnesio, cosa común cuando el agua recorre rocas básicas o moles dolomíticas, puede aportar el magnesio que le falta al piroxeno para formar la serpentina:

piroxeno + agua (con magnesio disuelto) = serpentina

Estas son las cuatro posibilidades límite, aunque hay otras por “culpa” de los fluidos e incluso por el cambio de las condiciones metamórficas a lo largo de la vida del sistema en estudio.

[prcantos]

Vaya, hemos escrito casi a la vez. Gracias por este resumen que incorpora el juego de proporciones. Ahora lo entiendo mejor.

En cuanto a la foto de Mindat (supongo que te refieres a ésta, claro), realmente parece la misma roca. Pero en Mindat no dice que sea una eclogita serpentinizada, que es lo que despertó mis sospechas. La nueva posibilidad, que sea una lherzolita con granate, viene de lo que he leído en las descripciones de los artículos de los Montes Metálicos que puse antes, pero no lo podemos asegurar. Desde luego, una foto de cerca ayudaría probablemente, para distinguir si la matriz contiene cristales o texturas ígneas. De todas formas, hay que recordar que el paso entre peridotitas y serpentinitas es una transición gradual y no un límite neto.

[prcantos]

Voy a intentar ilustrar un poco las cuatro posibilidades que antes ha listado María Jesús (1a, 1b, 2a, 2b). Como sistema teórico es impecable, pero hay que tener en cuenta que el comportamiento de las rocas metamórficas y sus reacciones en la naturaleza está sujeto, sorprendentemente, a restricciones muy precisas, como vamos a ver. Pondré un ejemplo concreto tomado de nuevo del libro de R. G. Coleman, Ophiolites, New York 1977, p. 99.

Coleman aporta el diagrama triangular del sistema MgO-SiO2-H2O que aparece más abajo, y que incluye todas las especies minerales que pueden intervenir en las reacciones metamórficas en el caso en que sólo se incorpore agua (si este agua tiene otros componentes disueltos, como el CO2, que es muy frecuente, habría que emplear otro modelo teórico). De todas formas, la restricción de que sólo se incorpore agua, aunque pueda parecer antinatural, no lo es tanto si pensamos que los fluidos acuosos están en realidad bastante diluidos; es decir, en algún momento se habrán consumido las sustancias disueltas que reaccionan. A partir de ahí nos situamos.

La zona sombreada del diagrama muestra el rango composicional de dunitas, harzburguitas y lherzolitas ofiolíticas (y sus versiones serpentinizadas) que se consideran en el estudio.

En el caso de una roca que, por su composición química, caiga dentro del subtriángulo BRUCITA-SERPENTINA-FORSTERITA, sólo es posible la reacción 1a de María Jesús. Es decir, se formará brucita. Sin embargo, si la roca está en el campo FORSTERITA-SERPENTINITA-ENSTATITA, entonces no se formará brucita, sino que el piroxeno y el olivino se hidratarán conjuntamente para formar serpentina, con la reacción 1b.

Esto ocurre así porque las líneas que unen los minerales del triángulo son curvas de equilibrio univariantes que representan las únicas paragénesis metamórficas posibles para unas condiciones determinadas de presión, temperatura y quimismo; en otras palabras, las reacciones metamórficas no pueden salirse de cada triángulo por una restricción termodinámica llamada regla de las fases de Gibbs (salvo que cambien las condiciones de presión y temperatura, lo que exigiría un nuevo diagrama con otra disposición de líneas).

Continuemos con la casuística. Si la roca está en el caso 2a, con piroxeno pero sin olivino, esta vez la reacción que ponía María Jesús para 2a no es posible, porque en el campo SERPENTINA-ENSTATITA-TALCO no se puede liberar cuarzo, sino que se formaría talco a partir de la enstatita, posibilidad que mencioné yo en otro momento. Y además, la reacción 2b también sería imposible.

Por eso es muy conveniente, para este tipo de estudios, conocer los diagramas de paragénesis de las rocas de una determinada zona para las condiciones termodinámicas próximas al pico térmico.