Cómo los minerales y las rocas reflejan el arco iris, brillan en la oscuridad y te dejan boquiabierto
Los minerales son los bloques de construcción no vivos del mundo natural. Forman rocas, fortalecen nuestros huesos y dientes e incluso permiten que nuestra sangre lleve oxígeno. Pero incluso cuando los minerales no se ensamblan en una majestuosa cadena montañosa o mantienen el cuerpo humano en funcionamiento, siguen siendo bastante limpios.
Hay miles de minerales reconocidos por ahí (5.703 para ser exactos) con muchos más todavía por descubrir. Y vienen en más tonos de los que puedas imaginar. “Todos los colores del arco iris se encuentran en minerales”, y más, dice George Rossman, mineralogista que investiga espectroscopia mineral en el Instituto de Tecnología de California.
Más allá de las llamativas exhibiciones que vemos a la luz del día, muchos minerales brillan con colores ocultos bajo los rayos ultravioleta. Y lo mejor es que sus colores brillantes y su fluorescencia de otro mundo se deben a algunos pequeños ajustes e imperfecciones.
¿Qué es incluso un mineral?
Los minerales “se consideran sustancias sólidas inorgánicas de origen natural”, explica Rossman. Pero dice que incluso esa definición a veces puede volverse “confusa”. “Si un árbol se pudre y deja algún material cristalino. ¿Es ese mineral o es un material biológico? ” él pide.
Sin embargo, la mayoría de los mineralogistas están de acuerdo que sus objetos de estudio son compuestos sólidos formados por procesos naturales y caracterizados por una única composición química y estructura cristalina. Las rocas están formadas por muchos minerales diferentes mezclados, y las piedras preciosas son piezas de cristales minerales particularmente estructuralmente perfectas.
Aunque los minerales se clasifican según su composición y forma “pura” ideal, “tenemos que reconocer que la naturaleza tiene algunos elementos diferentes con los que jugar”, dice Rossman. “Hay pequeños trozos de todo tipo de componentes menores. Rara vez se obtiene algo de naturaleza absolutamente químicamente pura “. La formación de minerales es una reacción química. Las impurezas que terminan en un mineral y la estructura atómica provienen del medio ambiente y de las circunstancias en las que cristaliza.
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Además, la clasificación de un mineral no solo depende de su composición química, sino también de sus disposiciones atómicas internas. “Cianita, andalucía, y sillimanita son tres minerales que encontramos en rocas metamórficas que tienen exactamente la misma fórmula química, pero diferentes estructuras ”, dice Rossman. También señala uno de los minerales más comunes de la Tierra, el olivino, como ejemplo. El olivino se encuentra a profundidades relativamente poco profundas en el manto del planeta, explica, “pero a medida que avanzamos hacia presiones cada vez más altas, más profundo en la Tierra, se transforma en otros arreglos estructurales que reciben otros nombres”.
¿Qué causa la amplia variedad de colores de los minerales?
La forma en que un material absorbe y refleja diferentes longitudes de onda de luz determina su color. Por ejemplo, las hojas de un árbol son verdes porque la clorofila absorbe la luz roja y azul, reflejando las longitudes de onda verde y amarilla hacia el ojo.
Saber cómo se clasifican los minerales puede ayudarnos a comprender por qué muestran tantos colores diferentes. Tanto las impurezas químicas como la estructura atómica juegan un papel en el color debido a cómo cambian el espectro de absorción de luz de un mineral.
La colección de minerales del Museo Americano de Historia Natural representa casi cualquier color imaginable. De izquierda a derecha en filas: cuprita, vanadinita, wulfenita (1), wulfenita (2), smithsonita (1), piromorfita, smithsonita (2), malaquita, crisocola, malaquita con azurita, azurita con malaquita, smithsonita (3). Fotos: D. Finnin / © AMNH
Por ejemplo, un rubí obtiene su color rojo brillante al intercambiar un poco de cromo por aluminio en su fórmula. Pero si toma la misma fórmula y agrega titanio o hierro en lugar de cromo, obtiene un zafiro, dice George Harlow, mineralogista y curador del Museo Americano de Historia Natural en Nueva York. Ambas gemas son versiones impuras de el corundrum mineral transparente.
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El mismo cromo (Cr 3+) que hace que los rubíes sean rojos también puede conducir a la formación de esmeraldas de color verde brillante, debido a diferencias en la estructura molecular, explica Rossman. En los rubíes, los átomos de cromo se colocan cerca de los átomos de oxígeno. En las esmeraldas, el oxígeno y el cromo se encuentran más separados, cambiando la forma en que las moléculas absorben la luz.
¿Por qué brillan algunas rocas?
Si el color es la forma en que un mineral interactúa con la luz, la fluorescencia es una extensión de eso.
La luz es una forma de energía. Con colores no fluorescentes, lo que vemos es el resultado de minerales que reflejan selectivamente longitudes de onda de luz de una fuente externa a nuestros ojos. Pero con los colores fluorescentes, lo que sucede es que un mineral toma energía de una fuente de luz y luego produce sus propias nuevas longitudes de onda de luz.
Algunos minerales son tan fluorescentes que puede experimentar el efecto a pleno sol. Otros requieren rayos ultravioleta de mayor energía para activar longitudes de onda lo suficientemente fuertes como para que los ojos humanos las detecten. Es por eso que cuando miras un resaltador de neón o una camisa blanca bajo una luz negra, parecen brillar. Tanto los resaltadores como la ropa blanca a menudo dependen de los tintes que reaccionan a los rayos UV para lucir más brillantes a la luz del día, por lo que son un poco fluorescentes al sol. Sin embargo, bajo los rayos dirigidos de alta energía de la luz negra, su fluorescencia es aún más obvia.
Se confirma que unos 600 minerales brillan en la oscuridad, dice Glen Waychunas, un mineralogista que estudia la fluorescencia y espectroscopia en el Instituto de Tecnología de California. Agrega que es común en ciertos lugares donde lugares geológicos, como Franklin, Nueva Jersey, donde la famosa mina Sterling Hill se encuentra.
Al igual que con el color, la fluorescencia de los minerales suele ser producto de impurezas, llamadas activadores. Estos elementos reaccionan con la luz ultravioleta para producir colores fluorescentes, trabajando en conjunto con los minerales en los que se encuentran. Algunos pueden exhibir diferentes colores con los mismos activadores y otros pueden no brillar en absoluto. Además, existen impurezas llamadas “extintores” que pueden impedir que un activador funcione, incluso si todas las demás condiciones son correctas. Y si hay demasiado de un solo activador, puede “apagarse” a sí mismo, evitando la fluorescencia. Es una interacción compleja entre diferentes átomos.
La estructura también es importante para comprender la fluorescencia. Los defectos minerales, que son como errores tipográficos o erratas en el andamio estructural, pueden dejar un poco de espacio adicional en la matriz, lo que proporciona un espacio para que los electrones excitados se muevan hacia adentro. Luego, las partículas absorben energía y la danzan como longitudes de onda de colores de luz fluorescente. , incluso cuando no están presentes compuestos activadores.
¿Dónde puedo ver rocas brillantes y con los colores del arcoíris?
Este verano, aproveche el clima templado y explore las formaciones geológicas alrededor de su hogar. Podría captar algo de fluorescencia en acción. Para las mejores probabilidades, Waychunas recomienda la caza de minerales por la noche con una linterna ultravioleta. “Ve a un [old] cantera o ir a un lugar con solo un afloramiento de rocas ”, dice. “La gente se sorprenderá de lo que pueda encontrar”. Incluso en áreas donde las rocas fluorescentes son menos comunes (este sitio web puede decirte lo que es bueno en tu vecindario), el relleno en los sitios de construcción o la grava de jardinería traída de otros lugares pueden ofrecer un tesoro secreto de brillo. “Es solo otro punto de vista interesante de la naturaleza ver este fenómeno en todas partes”, dice Waychunas.
Si emprende la búsqueda por su cuenta, probablemente pueda encontrar fascinantes ejemplos de fluorescencia en su museo de historia natural local. En la ciudad de Nueva York, el Museo Americano de Historia Natural tiene un nueva exhibición de minerales y gemas, donde puede ver todos los minerales que se muestran arriba en persona.