La dolomita (también conocida como roca dolomítica , dolomía o dolomita ) es una roca carbonatada sedimentaria que contiene un alto porcentaje del mineral dolomita , CaMg(CO 3 ) 2 . Se encuentra ampliamente distribuida, a menudo asociada con caliza y evaporitas , aunque es menos abundante que la caliza y rara en los estratos rocosos del Cenozoico (estratos de menos de 66 millones de años de antigüedad). Uno de los primeros geólogos en distinguir la dolomita de la caliza fue Déodat Gratet de Dolomieu, un mineralogista y geólogo francés que le dio su nombre. Reconoció y describió las características distintivas de la dolomita a fines del siglo XVIII, diferenciándola de la caliza.
La mayor parte de la dolomita se formó como un reemplazo de magnesio de piedra caliza o de lodo de cal antes de la litificación . [1] El proceso geológico de conversión de calcita a dolomita se conoce como dolomitización y cualquier producto intermedio se conoce como piedra caliza dolomítica . [2] [3] El "problema de la dolomita" se refiere a las vastas deposiciones mundiales de dolomita en el registro geológico pasado en contraste con las cantidades limitadas de dolomita formadas en los tiempos modernos. [4] [5] Investigaciones recientes han revelado que las bacterias reductoras de sulfato que viven en condiciones anóxicas precipitan la dolomita, lo que indica que algunos depósitos de dolomita pasados pueden deberse a la actividad microbiana. [6] [7]
La dolomita es resistente a la erosión y puede contener capas estratificadas o no estratificadas. Es menos soluble que la piedra caliza en aguas subterráneas débilmente ácidas , pero aún así puede desarrollar características de solución ( karst ) con el tiempo. La roca dolomítica puede actuar como un depósito de petróleo y gas natural.
La dolomita toma su nombre del mineralogista francés del siglo XVIII Déodat Gratet de Dolomieu (1750-1801), quien fue uno de los primeros en describir el mineral. [8] [9]
El término dolomita se refiere tanto al mineral de carbonato de calcio y magnesio como a la roca sedimentaria formada predominantemente por este mineral. El término dolostone se introdujo en 1948 para evitar la confusión entre ambos. Sin embargo, el uso del término dolostone es controvertido, porque el nombre dolomita se aplicó por primera vez a la roca a fines del siglo XVIII y, por lo tanto, tiene precedencia técnica. El uso del término dolostone no fue recomendado por el Glosario de Geología publicado por el Instituto Geológico Americano . [10]
En antiguas publicaciones del USGS , la dolomita se denominaba caliza magnésica , un término ahora reservado para dolomitas deficientes en magnesio o calizas ricas en magnesio.
La roca dolomítica se define como roca carbonatada sedimentaria compuesta por más del 50% de dolomita mineral . La dolomita se caracteriza por su relación estequiométrica casi ideal de 1:1 de magnesio a calcio. Se distingue de la piedra caliza con alto contenido de magnesio en que el magnesio y el calcio forman capas ordenadas dentro de los granos minerales individuales de dolomita, en lugar de estar dispuestos al azar, como lo están en los granos de calcita con alto contenido de magnesio. [11] En la dolomita natural, el magnesio suele estar entre el 44 y el 50 por ciento del magnesio total más calcio, lo que indica cierta sustitución de calcio en las capas de magnesio. Una pequeña cantidad de hierro ferroso suele sustituir al magnesio, particularmente en las dolomitas más antiguas. [12] La roca carbonatada tiende a ser casi toda calcita o casi toda dolomita, y las composiciones intermedias son bastante poco comunes. [13]
Los afloramientos de dolomita se reconocen en el campo por su suavidad (la dolomita mineral tiene una dureza de Mohs de 4 o menos, muy por debajo de los minerales de silicato comunes) y porque la dolomita burbujea débilmente cuando se le deja caer una gota de ácido clorhídrico diluido. Esto distingue a la dolomita de la piedra caliza, que también es blanda pero reacciona vigorosamente con el ácido clorhídrico diluido. La dolomita generalmente se meteoriza hasta adquirir un color marrón amarillento opaco característico debido a la presencia de hierro ferroso. Este se libera y se oxida a medida que la dolomita se meteoriza. [14] La dolomita suele tener un aspecto granular, con una textura que se asemeja a los granos de azúcar . [15]
Bajo el microscopio, las secciones delgadas de dolomita generalmente muestran granos individuales que son rombos bien formados , con un espacio poroso considerable. Como resultado, la dolomita del subsuelo es generalmente más porosa que la piedra caliza del subsuelo y constituye el 80% de los yacimientos de petróleo de roca carbonatada . [16] Esta textura contrasta con la piedra caliza, que generalmente es una mezcla de granos, micrita (lodo carbonatado de grano muy fino) y cemento espátula. Las propiedades ópticas de la calcita y la dolomita mineral son difíciles de distinguir, pero la calcita casi nunca cristaliza como rombos regulares, y la calcita se tiñe con Alizarin Red S mientras que los granos de dolomita no. [17] La roca de dolomita que consiste en granos bien formados con superficies planas se describe como dolomita plana o idiotópica , mientras que la dolomita que consiste en granos mal formados con superficies irregulares se describe como dolomita no plana o xenotópica . [15] Es probable que este último se forme por recristalización de la dolomita existente a temperatura elevada (entre 50 y 100 °C (122 y 212 °F)). [17]
La textura de la dolomita a menudo muestra que es secundaria, formada por el reemplazo de calcio por magnesio en la piedra caliza. La conservación de la textura original de la piedra caliza puede variar desde casi perfectamente conservada hasta completamente destruida. [18] Bajo un microscopio, a veces se ven rombos de dolomita que reemplazan a oolitos o partículas esqueléticas de la piedra caliza original. [19] A veces hay un reemplazo selectivo de fósiles, y el fósil permanece principalmente calcita y la matriz circundante compuesta de granos de dolomita. A veces se ven rombos de dolomita cortados a través del contorno del fósil. Sin embargo, algunas dolomitas no muestran indicaciones texturales de que se formaron por reemplazo de piedra caliza. [17]
La dolomita está muy extendida en sus apariciones, aunque no es tan común como la piedra caliza. [20] Por lo general, se encuentra asociada con capas de piedra caliza o evaporita y a menudo está intercalada con piedra caliza. [21] No hay una tendencia consistente en su abundancia con la edad, pero la mayor parte de la dolomita parece haberse formado en niveles altos del mar. Se encuentra poca dolomita en los lechos del Cenozoico (lechos de menos de 65 millones de años), que ha sido una época de niveles del mar generalmente bajos. [22] Las épocas de alto nivel del mar también tienden a ser épocas de una Tierra de invernadero , y es posible que las condiciones de invernadero sean el desencadenante de la formación de dolomita. [23]
Muchas dolomitas muestran claras indicaciones texturales de que son dolomitas secundarias, formadas por reemplazo de piedra caliza. Sin embargo, aunque se han realizado muchas investigaciones para comprender este proceso de dolomitización , el proceso sigue siendo poco comprendido. También hay dolomitas de grano fino que no muestran indicaciones texturales de que se formaron por reemplazo, y no se sabe con certeza si se formaron por reemplazo de piedra caliza que no dejó rastros texturales o son verdaderas dolomitas primarias. Este problema de la dolomita se reconoció por primera vez hace más de dos siglos, pero aún no se ha resuelto por completo. [21]
La reacción de dolomitización
es termodinámicamente favorable, con una energía libre de Gibbs de aproximadamente -2,2 kcal/mol. En teoría, el agua de mar ordinaria contiene suficiente magnesio disuelto para causar dolomitización. Sin embargo, debido a la tasa muy lenta de difusión de iones en granos minerales sólidos a temperaturas ordinarias, el proceso solo puede ocurrir por disolución simultánea de calcita y cristalización de dolomita. Esto a su vez requiere que grandes volúmenes de fluidos que contienen magnesio se laven a través del espacio poroso en la piedra caliza dolomitizante. [24] Se han propuesto varios procesos para la dolomitización.
El modelo hipersalino (también conocido como modelo de reflujo evaporativo [25] ) se basa en la observación de que la dolomita se encuentra muy comúnmente asociada con piedra caliza y evaporitas , con la piedra caliza a menudo intercalada con la dolomita. Según este modelo, la dolomitización tiene lugar en una cuenca cerrada donde el agua de mar está sujeta a altas tasas de evaporación. Esto da como resultado la precipitación de yeso y aragonito , lo que aumenta la relación magnesio a calcio de la salmuera restante. La salmuera también es densa, por lo que se hunde en el espacio poroso de cualquier piedra caliza subyacente ( reflujo por filtración ), lavando el fluido poroso existente y causando la dolomitización. La Cuenca Pérmica de América del Norte se ha presentado como un ejemplo de un entorno en el que tuvo lugar este proceso. [25] Se ha propuesto una variante de este modelo para entornos sabkha en los que la salmuera es succionada hacia la piedra caliza dolomitizante por evaporación de fluidos capilares, un proceso llamado bombeo evaporativo . [25]
Otro modelo es el modelo de zona de mezcla o modelo Dorag, en el que el agua meteórica se mezcla con el agua de mar ya presente en el espacio poroso, aumentando la actividad química del magnesio en relación con el calcio y provocando la dolomitización. La formación de arrecifes de dolomita del Pleistoceno en Jamaica se ha atribuido a este proceso. Sin embargo, este modelo ha sido muy criticado [26] , y un artículo de revisión de 2004 lo describe sin rodeos como "un mito". [27] Un artículo de 2021 argumentó que la zona de mezcla sirve como dominio de intensa actividad microbiana que promueve la dolomitización. [28]
Un tercer modelo postula que el agua de mar normal es el fluido dolomitizante y que los grandes volúmenes necesarios se hacen pasar a través de la caliza dolomitizante mediante el bombeo de mareas. La formación de dolomita en Sugarloaf Key , Florida, puede ser un ejemplo de este proceso. Un proceso similar podría ocurrir durante las subidas del nivel del mar, a medida que grandes volúmenes de agua se desplazan a través de la roca de la plataforma de caliza. [29]
Independientemente del mecanismo de dolomitización, la tendencia de la roca carbonatada a ser casi toda calcita o casi toda dolomita sugiere que, una vez que se inicia el proceso, se completa rápidamente. [30] El proceso probablemente ocurre a profundidades de enterramiento poco profundas, por debajo de los 100 metros (330 pies), donde hay un suministro inagotable de agua de mar rica en magnesio y es más probable que la piedra caliza original sea porosa. Por otro lado, la dolomitización puede avanzar rápidamente a las temperaturas más altas que caracterizan el enterramiento más profundo, si existe un mecanismo para hacer pasar fluidos que contienen magnesio a través de los lechos. [31]
El mineral dolomita tiene un volumen entre un 12% y un 13% menor que la calcita por catión alcalino. Por lo tanto, es probable que la dolomitización aumente la porosidad y contribuya a la textura azucarada de la dolomita. [16]
La dolomita está sobresaturada en el agua de mar normal en un factor de más de diez, pero no se ha observado que precipite en los océanos. Asimismo, los geólogos no han tenido éxito en la precipitación de dolomita del agua de mar a temperaturas y presiones normales en experimentos de laboratorio. Esto probablemente se deba a una energía de activación muy alta para la nucleación de cristales de dolomita. [32]
El ion magnesio es un ion relativamente pequeño, y adquiere una capa de hidratación fuertemente unida cuando se disuelve en agua. En otras palabras, el ion magnesio está rodeado por un grupo de moléculas de agua que son fuertemente atraídas por su carga positiva. El calcio es un ion más grande y esto reduce la fuerza de unión de su capa de hidratación, por lo que es mucho más fácil para un ion calcio que para un ion magnesio desprenderse de su capa de hidratación y unirse a un cristal en crecimiento. También es más difícil nuclear un cristal semilla de dolomita ordenada que de calcita desordenada con alto contenido de magnesio. Como resultado, los intentos de precipitar dolomita a partir de agua de mar precipitan en su lugar calcita con alto contenido de magnesio. Esta sustancia, que tiene un exceso de calcio sobre magnesio y carece de ordenamiento calcio-magnesio, a veces se llama protodolomita . [32] Aumentar la temperatura hace que sea más fácil para el magnesio desprenderse de su capa de hidratación, y la dolomita se puede precipitar a partir del agua de mar a temperaturas superiores a 60 °C (140 °F). [33] La protodolomita también se convierte rápidamente en dolomita a temperaturas de 250 °C (482 °F) o más. [34] Las altas temperaturas necesarias para la formación de dolomita ayudan a explicar la rareza de las dolomitas del Cenozoico, ya que las temperaturas del agua de mar del Cenozoico rara vez superaban los 40 °C. [35]
Es posible que los microorganismos sean capaces de precipitar dolomita primaria. [7] Esto se demostró por primera vez en muestras recolectadas en Lagoa Vermelha , Brasil [6] en asociación con bacterias reductoras de sulfato ( Desulfovibrio ), lo que llevó a la hipótesis de que el ion sulfato inhibe la nucleación de dolomita. Experimentos de laboratorio posteriores sugieren que las bacterias pueden precipitar dolomita independientemente de la concentración de sulfato. [36] Con el tiempo, otras vías de interacción entre la actividad microbiana y la formación de dolomita se han agregado a la discordia con respecto a su papel en la modulación y generación de polisacáridos , [37] manganeso [38] [39] y zinc [40] dentro del agua intersticial. Mientras tanto, una visión contraria sostenida por otros investigadores es que los microorganismos precipitan solo calcita con alto contenido de magnesio, pero dejan abierta la pregunta de si esto puede conducir a la precipitación de dolomita. [41]
En ocasiones, la dolomitización puede revertirse y un lecho de dolomita puede volver a convertirse en caliza. Esto se indica por una textura de pseudomorfos de dolomita mineral que han sido reemplazados por calcita. La caliza desdolomitizada suele estar asociada con yeso o pirita oxidada , y se cree que la desdolomitización ocurre a profundidades muy superficiales a través de la infiltración de agua superficial con una proporción muy alta de calcio a magnesio. [42]
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La dolomita se utiliza para muchos de los mismos propósitos que la piedra caliza, incluyendo como agregado de construcción ; en agricultura para neutralizar la acidez del suelo y suministrar calcio y magnesio; como fuente de dióxido de carbono ; como piedra dimensional ; como relleno en fertilizantes y otros productos; como fundente en metalurgia ; y en la fabricación de vidrio . No puede sustituir a la piedra caliza en procesos químicos que requieren una piedra caliza con alto contenido de calcio, como la fabricación de carbonato de sodio . La dolomita se utiliza para la producción de productos químicos de magnesio, como la sal de Epsom , y se utiliza como suplemento de magnesio. [43] También se utiliza en la fabricación de materiales refractarios . [44]
Al igual que con las cuevas de piedra caliza , las cuevas naturales y los tubos de solución se forman típicamente en la roca dolomítica como resultado de la disolución por ácido carbónico débil. [45] [46] Las cuevas también pueden formarse, con menos frecuencia, a través de la disolución de la roca por ácido sulfúrico . [47] Los espeleotemas de carbonato de calcio (depósitos secundarios) en forma de estalactitas , estalagmitas , coladas , etc., también pueden formarse en cuevas dentro de la roca dolomítica. "La dolomita es un tipo de roca común, pero un mineral relativamente poco común en los espeleotemas". [45] Tanto la 'Union Internationale de Spéléologie' (UIS) como la 'National Speleological Society' (NSS) estadounidense, utilizan ampliamente en sus publicaciones los términos "dolomita" o "roca dolomítica" cuando se refieren al lecho rocoso natural que contiene un alto porcentaje de CaMg(CO 3 ) 2 en el que se han formado cuevas naturales o tubos de solución. [45] [48]
Tanto el calcio como el magnesio se disuelven cuando la roca dolomítica se disuelve. La secuencia de precipitación de espeleotemas es: calcita , Mg-calcita, aragonito , huntita e hidromagnesita . [45] [48] Por lo tanto, el espeleotema (depósito secundario) más común en cuevas dentro del karst de roca dolomítica , es el carbonato de calcio en la forma polimórfica más estable de calcita. Los tipos de espeleotemas que se sabe que tienen un componente de dolomita incluyen: revestimientos, costras, leche lunar , piedra de colada , coraloides, polvo, espato y balsas. [45] Aunque hay informes de espeleotemas de dolomita que se sabe que existen en varias cuevas alrededor del mundo, generalmente se encuentran en cantidades relativamente pequeñas y se forman en depósitos de grano muy fino. [45] [48]
