En geología, un amortiguador redox es un conjunto de minerales o compuestos que limita la fugacidad del oxígeno en función de la temperatura. El conocimiento de las condiciones redox (o equivalentemente, las fugacidades de oxígeno) en las que se forma y evoluciona una roca puede ser importante para interpretar la historia de la roca. El hierro , el azufre y el manganeso son tres de los elementos relativamente abundantes en la corteza terrestre que se presentan en más de un estado de oxidación . Por ejemplo, el hierro, el cuarto elemento más abundante en la corteza, existe como hierro nativo , hierro ferroso (Fe 2+ ) y hierro férrico (Fe 3+ ). El estado redox de una roca afecta las proporciones relativas de los estados de oxidación de estos elementos y, por tanto, puede determinar tanto los minerales presentes como sus composiciones. Si una roca contiene minerales puros que constituyen un amortiguador redox, entonces la fugacidad de equilibrio del oxígeno se define mediante una de las curvas en el diagrama de fugacidad-temperatura adjunto.
Los amortiguadores redox se desarrollaron en parte para controlar las fugacidades del oxígeno en experimentos de laboratorio para investigar la estabilidad de los minerales y la historia de las rocas. Cada una de las curvas trazadas en el diagrama de fugacidad-temperatura corresponde a una reacción de oxidación que ocurre en un tampón. Estos tampones redox se enumeran aquí en orden de fugacidad de oxígeno decreciente a una temperatura determinada; en otras palabras, desde condiciones más oxidantes a más reductoras en el rango de temperatura representado. Mientras todos los minerales (o compuestos) puros estén presentes en un conjunto de amortiguadores, las condiciones de oxidación están fijadas en la curva de ese amortiguador. La presión tiene sólo una influencia menor en estas curvas amortiguadoras de las condiciones de la corteza terrestre .
NiNiO: níquel -óxido de níquel:
FMQ: fayalita - magnetita - cuarzo :
QIF: cuarzo - hierro - fayalita :
La proporción de Fe 2+ a Fe 3+ dentro de una roca determina, en parte, el conjunto de minerales de silicato y minerales de óxido de la roca. Dentro de una roca de una composición química determinada, el hierro ingresa a los minerales según la composición química general y las fases minerales que son estables a esa temperatura y presión. Por ejemplo, en condiciones redox más oxidantes que el amortiguador MH (magnetita-hematita), es probable que al menos gran parte del hierro esté presente como Fe 3+ y la hematita sea un mineral probable en las rocas que contienen hierro. El hierro sólo puede entrar en minerales como el olivino si está presente como Fe 2+ ; Fe 3+ no puede entrar en la red de fayalita olivina. Sin embargo, elementos del olivino como el magnesio estabilizan el olivino que contiene Fe 2+ en condiciones más oxidantes que las requeridas para la estabilidad de la fayalita. Una solución sólida entre la magnetita y el extremo que contiene titanio , el ulvospinel , aumenta el campo de estabilidad de la magnetita. Asimismo, en condiciones más reductoras que el tampón IW (hierro-wustita), minerales como el piroxeno aún pueden contener Fe 3+ . Por lo tanto, los tampones redox son sólo indicaciones aproximadas de las proporciones de Fe 2+ y Fe 3+ en minerales y rocas.
Las rocas ígneas terrestres comúnmente registran cristalización en fugacidades de oxígeno más oxidantes que el tampón WM ( wüstita - magnetita ) y más reducidas que una unidad logarítmica aproximadamente por encima del tampón de óxido de níquel-níquel (NiNiO). Por tanto, sus condiciones de oxidación no están lejos de las del tampón redox FMQ ( fayalita - magnetita - cuarzo ). No obstante, existen diferencias sistemáticas que se correlacionan con el entorno tectónico . Las rocas ígneas emplazadas y en erupción en arcos de islas suelen registrar fugacidades de oxígeno de 1 o más unidades logarítmicas más oxidantes que las del amortiguador NiNiO. Por el contrario, el basalto y el gabro en entornos sin arco generalmente registran fugacidades de oxígeno desde aproximadamente las del buffer FMQ hasta una unidad logarítmica o más reductora que ese buffer.
Las condiciones oxidantes son comunes en algunos ambientes de deposición y diagénesis de rocas sedimentarias. La fugacidad del oxígeno en el amortiguador MH ( magnetita - hematita ) es sólo de aproximadamente 10 −70 a 25 °C, pero es de aproximadamente 0,2 atmósferas en la atmósfera terrestre , por lo que algunos ambientes sedimentarios son mucho más oxidantes que los de los magmas. Otros ambientes sedimentarios, como los ambientes para la formación de esquisto negro , son relativamente reductores.
Las fugacidades de oxígeno durante el metamorfismo se extienden a valores más altos que aquellos en ambientes magmáticos, debido a las composiciones más oxidantes heredadas de algunas rocas sedimentarias. En algunas formaciones de hierro en bandas metamorfoseadas hay hematita casi pura . Por el contrario, el níquel-hierro nativo está presente en algunas serpentinitas .
Dentro de los meteoritos , el amortiguador redox hierro - wüstita puede ser más apropiado para describir la fugacidad del oxígeno de estos sistemas extraterrestres.
Los minerales de sulfuro como la pirita (FeS 2 ) y la pirrotita (Fe 1−x S) se encuentran en muchos depósitos minerales. La pirita y su polimorfo marcasita también son importantes en muchos depósitos de carbón y lutitas . Estos minerales de sulfuro se forman en ambientes más reductores que el de la superficie terrestre. Cuando entran en contacto con aguas superficiales oxidantes, los sulfuros reaccionan: se forma sulfato (SO 4 2− ), y el agua se vuelve ácida y se carga con una variedad de elementos, algunos potencialmente tóxicos. Las consecuencias pueden ser perjudiciales para el medio ambiente, como se analiza en la entrada sobre drenaje ácido de minas .
La oxidación del azufre a sulfato o dióxido de azufre también es importante para generar erupciones volcánicas ricas en azufre, como las de Pinatubo [3] en 1991 y El Chichón en 1982. Estas erupciones aportaron cantidades inusualmente grandes de dióxido de azufre a la atmósfera terrestre , con los efectos consiguientes. sobre la calidad atmosférica y el clima. Los magmas eran inusualmente oxidantes, casi dos unidades logarítmicas más que el tampón NiNiO. El sulfato de calcio , anhidrita , estaba presente como fenocristales en la tefra en erupción . Por el contrario, los sulfuros contienen la mayor parte del azufre en los magmas más reductores que el tampón FMQ.