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Espato de Islandia

El espato de Islandia , anteriormente llamado cristal de Islandia ( en islandés : silfurberg [ˈsɪlvʏrˌpɛrk] , lit. ' roca plateada ' ) y también llamado calcita óptica , es una variedad transparente de calcita , o carbonato de calcio cristalizado , originalmente traído de Islandia y utilizado para demostrar la polarización de la luz . [1] [2] 

Formación y composición

Estructura cristalina romboédrica de calcita

El espato de Islandia es una variedad incolora y transparente de carbonato de calcio (CaCO 3 ). [3] Cristaliza en el sistema trigonal, formando típicamente cristales romboédricos . [4] Tiene una dureza Mohs de 3 y presenta doble refracción , dividiendo un rayo de luz en dos rayos que viajan a diferentes velocidades y direcciones. [3] [5]

El espato de Islandia se forma en ambientes sedimentarios , principalmente rocas calizas y dolomíticas, pero también se forma en vetas hidrotermales y depósitos de evaporita . [6] Precipita a partir de soluciones ricas en iones de calcio y carbonato, influenciadas por la temperatura, la presión y las impurezas. [6] [7]

La estructura cristalina más común del espato de Islandia es romboédrica, pero se pueden formar otras estructuras, como la escalenoédrica o prismática, dependiendo de las condiciones de formación. [8] [9] El espato de Islandia se encuentra principalmente en Islandia , pero puede aparecer en diferentes partes del mundo con condiciones geológicas adecuadas. [3] [10]

Características y propiedades ópticas

Birrefringencia del cristal de calcita

El espato de Islandia se caracteriza por sus grandes cristales, fácilmente clivables , que se dividen fácilmente en paralelepípedos . [11] [12] Esta característica lo hace fácilmente identificable y trabajable. Una de las propiedades más notables del espato de Islandia es su birrefringencia , donde el índice de refracción del cristal difiere para la luz de diferentes polarizaciones. [11] [12] Cuando un rayo de luz no polarizada pasa a través del cristal, se divide en dos rayos de polarización mutuamente perpendiculares dirigidos en varios ángulos. Esta doble refracción hace que los objetos vistos a través del cristal parezcan duplicados.

El espato de Islandia posee varias propiedades ópticas además de la doble refracción y la birrefringencia. Es muy transparente a la luz visible, lo que permite que la luz pase a través de ella con una absorción o dispersión mínima, lo que es ideal para aplicaciones ópticas que requieren claridad. [13] El espato de Islandia puede producir colores vivos cuando se observa bajo luz polarizada debido a su naturaleza birrefringente. [14] Este efecto se conoce como la " línea de Becke " y se puede utilizar para determinar el índice de refracción de un mineral. [15] [16] Además, el espato de Islandia es ópticamente activo, lo que significa que puede rotar el plano de polarización de la luz que pasa a través de él, una propiedad que resulta de su disposición atómica asimétrica. [17] Estas propiedades ópticas contribuyen al uso científico y al atractivo estético del mineral.

Importancia histórica

El espato de Islandia tiene importancia histórica en la óptica y el estudio de la luz. [18] Una de sus propiedades más notables es su capacidad de exhibir doble refracción. [18] Este fenómeno fue descrito por primera vez por el científico danés Erasmus Bartholin en 1669, quien lo observó en un espécimen de espato de Islandia. [19]

El estudio de la doble refracción en el espato de Islandia desempeñó un papel en el desarrollo de la teoría ondulatoria de la luz. Científicos como Christiaan Huygens , [20] Isaac Newton y Sir George Stokes estudiaron este fenómeno y contribuyeron a la comprensión de la luz como una onda. [21] [22] Huygens, en particular, utilizó la doble refracción para apoyar su teoría ondulatoria de la luz, en contraste con la teoría corpuscular de Newton. [23] Augustin-Jean Fresnel publicó una explicación completa de la doble refracción en la polarización de la luz en la década de 1820. [24]

La comprensión de la doble refracción en el espato de Islandia también condujo al desarrollo de la microscopía de luz polarizada , que se utiliza en varios campos científicos para estudiar las propiedades de los materiales. [25] [26] El espato de Islandia se ha utilizado históricamente en instrumentos ópticos como microscopios polarizadores y equipos de navegación. [25]

Minería

Las minas que producen espato de Islandia incluyen muchas minas que producen calcita y aragonito relacionados . El espato de Islandia se encuentra en varios lugares del mundo, y históricamente lleva el nombre de Islandia debido a su abundancia en la isla. [27] Otras fuentes productivas incluyen China y la gran región del desierto de Sonora , en Santa Eulalia, Chihuahua , México , y Nuevo México , Estados Unidos. [28] [29] [30] Los especímenes más claros, así como los más grandes, provienen de la mina Helgustaðir en Islandia. [31]

Se combinan herramientas y técnicas de topografía para reducir el riesgo y el costo de la exploración para identificar depósitos. [32] Se utilizan mapas geológicos y técnicas de teledetección, como imágenes satelitales y fotografía aérea , para la exploración inicial y la evaluación regional para identificar áreas potenciales para una mayor exploración. [32] [33] Luego se emplean estudios geofísicos , que incluyen magnetometría, estudios de gravedad y estudios electromagnéticos, para detectar anomalías que indiquen mineralización. [32] El mapeo de campo de la geología y mineralogía de la superficie también juega un papel en la identificación de zonas de mineralización potencial. [34]

El proceso de extracción de espato de Islandia varía en función de las condiciones geológicas específicas del yacimiento. La minería a cielo abierto o la explotación en canteras es común para los depósitos superficiales. [35] Una vez extraída, la calcita se procesa para eliminar las impurezas , se prepara para diversas aplicaciones, incluidos instrumentos ópticos y joyería, y se utiliza como fuente de carbonato de calcio en industrias como la construcción y la agricultura. [35] [36]

Cuestiones medioambientales

Algunos de los posibles problemas ambientales asociados con la minería de espato de Islandia incluyen la destrucción del hábitat , la contaminación del agua , la contaminación del aire , la degradación del suelo y el impacto visual. [37] [38] Las actividades mineras pueden destruir los hábitats naturales, principalmente si el sitio minero está ubicado en áreas ecológicamente sensibles, lo que lleva a la pérdida de biodiversidad y altera los ecosistemas locales. [37] Las fuentes de agua pueden contaminarse a través del vertido de productos químicos utilizados en la extracción y procesamiento de minerales, lo que afecta la vida acuática y la calidad del agua. [38] Las actividades mineras también pueden conducir a la erosión y degradación del suelo, principalmente si no se implementan medidas adecuadas de recuperación de tierras después de que cesa la minería. [39] Las operaciones mineras a cielo abierto pueden tener un impacto visual significativo en el paisaje, alterando el escenario natural de un área. [40] Estas medidas pueden incluir el control de la erosión , técnicas mineras respetuosas con el medio ambiente y la recuperación de áreas minadas para restaurarlas a un estado natural. [40]

Preocupaciones de salud

La minería, incluida la minería de espato de Islandia, plantea diversos riesgos para la salud de los trabajadores y las comunidades cercanas. [41] Algunos de los principales problemas de salud asociados con las actividades mineras incluyen problemas respiratorios, pérdida de audición inducida por ruido , exposición a sustancias químicas, trastornos musculoesqueléticos , lesiones y accidentes, y problemas de salud mental. [41] El polvo generado durante las operaciones mineras puede contener partículas dañinas que provocan problemas respiratorios. [41] Los altos niveles de ruido generados por las actividades mineras pueden provocar pérdida de audición con el tiempo si no se toman las medidas de protección adecuadas. [41] Los mineros también pueden estar expuestos a productos químicos nocivos utilizados en la extracción y el procesamiento de minerales, que pueden causar diversos problemas de salud. [41] Las exigencias físicas del trabajo minero, como levantar objetos pesados ​​y movimientos repetitivos, pueden provocar trastornos musculoesqueléticos. [41] Las lesiones y los accidentes también son riesgos comunes en la minería, incluidas caídas, incidentes relacionados con el equipo y derrumbes de minas. [41] La naturaleza exigente del trabajo minero, junto con las largas horas y el aislamiento, pueden contribuir a problemas de salud mental como el estrés, la ansiedad y la depresión. [42] Las empresas mineras deben implementar medidas de salud y seguridad para mitigar estos riesgos y proteger a los trabajadores y las comunidades cercanas, incluidos equipos de protección personal, medidas de control del polvo y capacitación en salud y seguridad. [41] El monitoreo regular de la calidad del aire, los niveles de ruido y otros peligros potenciales es esencial para garantizar un entorno de trabajo seguro. [41]

Usos

Espato de Islandia, posiblemente la piedra solar medieval islandesa utilizada para localizar el sol en el cielo cuando estaba obstruido a la vista [43]

El espato de Islandia se ha utilizado históricamente en telecomunicaciones debido a sus propiedades ópticas únicas. [44] Una de sus características clave, la birrefringencia, hizo que valiera la pena en las primeras tecnologías ópticas, como el desarrollo de instrumentos ópticos como microscopios polarizadores y la construcción de telémetros ópticos y miras para armas. [44] [45]

Aunque es poco común, el espato de Islandia se ha utilizado históricamente en la navegación como filtro polarizador para determinar la dirección del sol en días nublados. [46] Se ha especulado que la piedra solar ( nórdico antiguo : sólarsteinn , un mineral diferente de la piedra solar de calidad gema ) mencionada en textos islandeses medievales, como Rauðúlfs þáttr , era espato de Islandia, y que los vikingos usaban su propiedad de polarización de la luz para indicar la dirección del sol en días nublados con fines de navegación . [43] [47] La ​​polarización de la luz solar en el Ártico se puede detectar, [46] y la dirección del sol se puede identificar con unos pocos grados tanto en condiciones nubladas como crepusculares utilizando la piedra solar y el ojo desnudo. [48] El proceso implica mover la piedra a través del campo visual para revelar un patrón entóptico amarillo en la fóvea del ojo, probablemente el pincel de Haidinger . La recuperación de una piedra solar de espato de Islandia de un barco de la era isabelina que se hundió en 1592 frente a Alderney sugiere que esta tecnología de navegación puede haber persistido después de la invención de la brújula magnética . [49] [50]

William Nicol (1770-1851) inventó el primer prisma polarizador, utilizando espato de Islandia para crear su prisma Nicol . [51]

Aplicaciones modernas

A pesar de su importancia histórica, el espato de Islandia sigue teniendo un lugar esencial en las aplicaciones modernas. Debido a sus propiedades ópticas, el espato de Islandia todavía se utiliza en instrumentos como microscopios polarizadores, lentes y filtros. [52] El espato de Islandia también se utiliza en instrumentos ópticos para microscopía geológica y biológica, ya que su birrefringencia ayuda a revelar la estructura del material. [53] También es una herramienta práctica utilizada en educación e investigación para demostrar principios ópticos. [53] Aunque sus aplicaciones están menos extendidas que en el pasado, el espato de Islandia sigue contribuyendo a diversos esfuerzos científicos y tecnológicos.

Como un tipo de calcita, el espato de Islandia se puede utilizar en la construcción como material de construcción en cemento y hormigón . Su alta pureza y brillo lo convierten en un relleno ideal en pinturas y revestimientos. [54] En metalurgia, la calcita actúa como fundente para reducir el punto de fusión de los metales durante la fundición y el refinado. [55] Además, se utiliza en la agricultura como acondicionador y neutralizador del suelo para ajustar los niveles de pH del suelo y mejorar el rendimiento de los cultivos. [56] La calcita también contribuye a los esfuerzos de remediación ambiental, tratando el agua y el suelo ácidos neutralizando la acidez y eliminando los metales pesados. [56]

Importancia geológica

Debido a que el espato de Islandia se forma típicamente en ambientes sedimentarios, particularmente rocas calizas y dolomíticas, su formación está estrechamente ligada a la deposición y diagénesis (compactación y cementación) de estas rocas carbonatadas. [57] El estudio del espato de Islandia puede proporcionar información valiosa sobre las condiciones ambientales pasadas, como la presencia de mares antiguos y vida marina, ya que las rocas carbonatadas como la piedra caliza a menudo se forman en ambientes marinos. [58] La presencia de espato de Islandia también puede indicar la presencia de actividad hidrotermal , ya que la calcita puede formarse en vetas hidrotermales. [59]

Conservación y protección

Debido a su importancia científica e histórica, los esfuerzos de conservación relacionados con el espato de Islandia se centran principalmente en la preservación de especímenes y sitios de extracción. [60] Uno de los desafíos en la preservación de especímenes de espato de Islandia es el riesgo de daño durante la extracción, manipulación y almacenamiento. [61] Los sitios de extracción que producen especímenes de espato de Islandia de alta calidad también son de interés para la conservación. [60] Estos sitios pueden ser designados áreas protegidas para prevenir la sobreexplotación . [60]

Impacto cultural

La novela Against the Day de Thomas Pynchon utiliza el efecto duplicador del espato de Islandia como tema. [62]

Véase también

Referencias

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