La dolomita (también conocida como roca dolomita , dolomía o roca dolomítica ) es una roca carbonatada sedimentaria que contiene un alto porcentaje del mineral dolomita , CaMg(CO 3 ) 2 . Ocurre ampliamente, a menudo en asociación con piedra caliza y evaporitas , aunque es menos abundante que la piedra caliza y rara en lechos de rocas del Cenozoico (lechos de menos de 66 millones de años de edad). El primer geólogo que distinguió la dolomita de la piedra caliza fue Déodat Gratet de Dolomieu; mineralogista y geólogo francés de quien lleva el nombre. Reconoció y describió las características distintivas de la dolomita a finales del siglo XVIII, diferenciándola de la piedra caliza.
La mayor parte de la dolomita se formó como reemplazo de magnesio de la piedra caliza o del lodo de cal antes de la litificación . [1] El proceso geológico de conversión de calcita en dolomita se conoce como dolomitización y cualquier producto intermedio se conoce como 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 anteriores pueden deberse a la actividad microbiana. [6] [7]
La dolomita es resistente a la erosión y puede contener capas estratificadas o no estar estratificadas. Es menos soluble que la piedra caliza en aguas subterráneas débilmente ácidas , pero aún puede desarrollar características de solución ( karst ) con el tiempo. La roca dolomita puede actuar como 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 dolomía se introdujo en 1948 para evitar confusión entre los dos. Sin embargo, el uso del término dolomía es controvertido, porque el nombre dolomita se aplicó por primera vez a la roca a finales del siglo XVIII y, por tanto, tiene precedencia técnica. El uso del término dolomía 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 dolomías deficientes en magnesio o calizas ricas en magnesio.
La roca dolomita 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 diferencia de la piedra caliza con alto contenido de magnesio en que el magnesio y el calcio forman capas ordenadas dentro de los granos minerales de dolomita individuales, en lugar de estar dispuestos al azar, como ocurre 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 el calcio, lo que indica cierta sustitución de calcio en las capas de magnesio. Una pequeña cantidad de hierro ferroso suele sustituir al magnesio, especialmente en las dolomitas más antiguas. [12] La roca carbonatada tiende a ser casi toda calcita o casi toda dolomita, siendo las composiciones intermedias 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 deja caer sobre ella una gota de ácido clorhídrico diluido . Esto distingue la dolomita de la piedra caliza, que también es blanda pero reacciona vigorosamente con el ácido clorhídrico diluido. La dolomita generalmente se desgasta hasta adquirir un característico color amarillo-marrón opaco debido a la presencia de hierro ferroso. Este se libera y se oxida a medida que la dolomita se desgasta. [14] La dolomita suele tener apariencia granular, con una textura que se asemeja a los granos de azúcar . [15]
Bajo el microscopio, las secciones delgadas de dolomita suelen mostrar granos individuales que son rombos bien formados , con un espacio poroso considerable. Como resultado, la dolomita subterránea es generalmente más porosa que la piedra caliza subterránea y constituye el 80% de los yacimientos de petróleo de rocas carbonatadas . [16] Esta textura contrasta con la piedra caliza, que suele ser una mezcla de granos, micrita (lodo carbonatado de grano muy fino) y cemento sparry. 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 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] Este último probablemente se forma por recristalización de dolomita existente a temperatura elevada (más de 50 a 100 °C (122 a 212 °F)). [17]
La textura de la dolomita a menudo muestra que es secundaria, formada por la sustitución del 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 ve que los rombos de dolomita reemplazan a las oolitas o partículas esqueléticas de la piedra caliza original. [19] A veces hay un reemplazo selectivo de fósiles, quedando el fósil principalmente calcita y la matriz circundante compuesta de granos de dolomita. A veces se ven rombos de dolomita cortados a lo largo del contorno del fósil. Sin embargo, algunas dolomitas no muestran indicios texturales de que se formaron mediante el reemplazo de piedra caliza. [17]
La dolomita está muy extendida en su aparición, aunque no tan común como la piedra caliza. [20] Por lo general, se encuentra asociado con lechos de piedra caliza o evaporita y, a menudo, está intercalado con piedra caliza. [21] No existe una tendencia constante en su abundancia con la edad, pero la mayor parte de la dolomita parece haberse formado en zonas altas del nivel del mar. Se encuentra poca dolomita en los lechos cenozoicos (lechos de menos de 65 millones de años), que han sido una época de niveles del mar generalmente bajos. [22] Las épocas de alto nivel del mar también tienden a ser épocas de invernadero en la Tierra , y es posible que las condiciones de invernadero sean el desencadenante de la formación de dolomita. [23]
Muchas dolomitas muestran claros indicios 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 indicios texturales de que se formaron por reemplazo, y no se sabe si se formaron por reemplazo de piedra caliza que no dejó rastros texturales o si son verdaderas dolomitas primarias. Este problema de la dolomita se reconoció por primera vez hace más de dos siglos, pero aún no está completamente resuelto. [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 provocar la dolomitización. Sin embargo, debido a la muy lenta velocidad de difusión de iones en los granos minerales sólidos a temperaturas ordinarias, el proceso sólo puede ocurrir mediante la disolución simultánea de la calcita y la cristalización de la dolomita. Esto a su vez requiere que se laven grandes volúmenes de fluidos que contienen magnesio 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 en asociación con piedra caliza y evaporitas , y 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 , elevando la proporción de 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 ), eliminando el fluido de los poros existente y provocando la dolomitización. La Cuenca Pérmica de América del Norte se ha presentado como ejemplo de entorno en el que tuvo lugar este proceso. [25] Se ha propuesto una variante de este modelo para ambientes sabkha en los que la salmuera es aspirada hacia la piedra caliza dolomitizante mediante la evaporación de fluidos capilares, un proceso llamado bombeo evaporativo . [25]
Otro modelo es la 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. A este proceso se le ha atribuido la formación de los arrecifes de dolomita del Pleistoceno en Jamaica . Sin embargo, este modelo ha sido fuertemente 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 de dolomitización y que los grandes volúmenes necesarios son arrastrados a través de la piedra caliza de dolomitización mediante bombeo de marea. La formación de dolomitas en Sugarloaf Key puede ser un ejemplo de este proceso. Un proceso similar podría ocurrir durante el aumento del nivel del mar, cuando grandes volúmenes de agua se mueven a través de plataformas de roca 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 poca profundidad de entierro, menos de 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 proceder rápidamente a las temperaturas más altas que caracterizan los entierros más profundos, si existe un mecanismo para expulsar los fluidos que contienen magnesio a través de los lechos. [31]
La dolomita mineral tiene un volumen entre un 12% y un 13% menor que la calcita por catión alcalino. Por lo tanto, la dolomitización probablemente aumenta la porosidad y contribuye a la textura azucarada de la dolomita. [dieciséis]
La dolomita está sobresaturada en el agua de mar normal en un factor superior a diez, pero no se observa que la dolomita precipite en los océanos. Asimismo, los geólogos no han logrado precipitar dolomita del agua de mar a temperaturas y presiones normales en experimentos de laboratorio. Probablemente esto 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 se sienten 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 del 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 denomina protodolomita . [32] El aumento de la temperatura facilita que el magnesio se deshaga de su capa de hidratación, y la dolomita se puede precipitar 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 la dolomita ayudan a explicar la rareza de las dolomitas cenozoicas, ya que las temperaturas del agua de mar en el Cenozoico rara vez superaban los 40 °C. [35]
Es posible que los microorganismos sean capaces de precipitar la 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 la dolomita. Experimentos de laboratorio posteriores sugieren que las bacterias pueden precipitar la 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 de poro. Mientras tanto, otros investigadores opinan lo contrario: los microorganismos sólo precipitan calcita con alto contenido de magnesio, pero dejan abierta la cuestión de si esto puede conducir a la precipitación de dolomita. [41]
A veces, la dolomitización se puede revertir y un lecho de dolomita se puede convertir nuevamente en piedra caliza. Esto lo indica una textura de pseudomorfos de dolomita mineral que han sido reemplazados por calcita. La piedra caliza desdolomitizada generalmente se asocia con yeso o pirita oxidada , y se cree que la desdolomitización ocurre a profundidades muy poco profundas mediante 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 fines que la piedra caliza, incluso como agregado de construcción ; en agricultura para neutralizar la acidez del suelo y aportar calcio y magnesio; como fuente de dióxido de carbono ; como piedra de dimensión ; 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 generalmente se forman en la roca dolomita como resultado de la disolución por ácido carbónico débil. [45] [46] Las cuevas también pueden formarse, con menos frecuencia, mediante la disolución de la roca por ácido sulfúrico . [47] Los espeleotemas de carbonato de calcio (depósitos secundarios) en forma de estalactitas , estalagmitas , piedras fluidas , etc., también pueden formarse en cuevas dentro de la roca dolomita. "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 de dolomita" cuando se refieren al lecho de roca natural que contiene una 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 se disuelve la roca dolomita. La secuencia de precipitación de los espeleotemas es: calcita , Mg-calcita, aragonita , 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 polimorfa más estable de calcita. Los tipos de espeleotemas que se sabe que tienen un componente de dolomita incluyen: recubrimientos, costras, leche de luna , piedra fluida , coraloides, polvo, mástil y balsas. [45] Aunque hay informes de espeleotemas de dolomita que se sabe que existen en varias cuevas de todo el mundo, generalmente se encuentran en cantidades relativamente pequeñas y se forman en depósitos de grano muy fino. [45] [48]
