Los granates ( / ˈ ɡ ɑːr n ɪ t / ) son un grupo de minerales de silicato que se han utilizado desde la Edad del Bronce como piedras preciosas y abrasivos .
Todas las especies de granates poseen propiedades físicas y formas cristalinas similares, pero difieren en la composición química . Las diferentes especies son piropo , almandino , espesartina , grosularia (cuyas variedades son hessonita o piedra de canela y tsavorita ), uvarovita y andradita . Los granates forman dos series de solución sólida : piropo-almandino-espesartina (piralespita), con el rango de composición [ Mg , Fe ,Mn] 3Al2 (SiO4 ) 3 ; y uvarovita-grosularia-andradita (ugrandita), con el rango de composición Ca3 [Cr,Al,Fe] 2 ( SiO4 ) 3 .
La palabra granate proviene de la palabra inglesa media del siglo XIV gernet , que significa 'rojo oscuro'. Se toma prestado del francés antiguo grenate del latín granatus, de granum ('grano, semilla'). [3] Esto es posiblemente una referencia a mela granatum o incluso pomum granatum (' granada ', [4] Punica granatum ), una planta cuyos frutos contienen abundantes y vívidos cobertores de semillas de color rojo ( arilos ), que son similares en forma, tamaño y color a algunos cristales de granate. [5] El granate hessonita también se llama 'gomed' en la literatura india y es una de las 9 joyas de la astrología védica que componen el Navaratna . [6]
Las especies de granate se encuentran en todos los colores, siendo los tonos rojizos los más comunes. Los granates azules son los más raros y se reportaron por primera vez en la década de 1990. [7] [8] [9] [10]
Las propiedades de transmisión de la luz de las especies de granate pueden variar desde los ejemplares transparentes de calidad gema hasta las variedades opacas utilizadas con fines industriales como abrasivos. El brillo del mineral se clasifica como vítreo (similar al vidrio) o resinoso (similar al ámbar). [3]
Los granates son nesosilicatos que tienen la fórmula general X 3 Y 2 ( Si O
4) 3 . El sitio X suele estar ocupado por cationes divalentes ( Ca , Mg , Fe , Mn ) 2+ y el sitio Y por cationes trivalentes ( Al 3+ , Fe 3+ , Cr 3+ ) en un marco octaédrico / tetraédrico con [SiO 4 ] 4− ocupando los tetraedros. [11] Los granates se encuentran con mayor frecuencia en el hábito cristalino dodecaédrico , pero también se encuentran comúnmente en el hábito trapezoédrico así como en el hábito hexoctaédrico . [3] Cristalizan en el sistema cúbico , que tiene tres ejes que son todos de igual longitud y perpendiculares entre sí, pero nunca son realmente cúbicos porque, a pesar de ser isométricos, las familias de planos {100} y {111} están agotadas. [3] Los granates no tienen planos de clivaje , por lo que cuando se fracturan bajo tensión, se forman piezas irregulares ( concoideas ) afiladas. [12]
Debido a que la composición química del granate varía, los enlaces atómicos en algunas especies son más fuertes que en otras. Como resultado, este grupo de minerales muestra un rango de dureza en la escala de Mohs de aproximadamente 6,0 a 7,5. [13] Las especies más duras, como la almandina, se utilizan a menudo con fines abrasivos. [14]
Para identificar gemas, la reacción de captación de un potente imán de neodimio separa al granate de todas las demás gemas transparentes naturales que se utilizan habitualmente en el sector de la joyería. Las mediciones de susceptibilidad magnética junto con el índice de refracción se pueden utilizar para distinguir las especies y variedades de granate y determinar la composición de los granates en términos de porcentajes de especies de miembros terminales dentro de una gema individual. [15]
La almandina, a veces incorrectamente llamada almandita, es la gema moderna conocida como carbunclo (aunque originalmente casi cualquier piedra preciosa roja era conocida con este nombre). [16] El término "carbunclo" se deriva del latín que significa "carbón vivo" o carbón ardiente. El nombre almandino es una corrupción de Alabanda , una región en Asia Menor donde estas piedras se cortaban en la antigüedad. Químicamente, la almandina es un granate de hierro y aluminio con la fórmula Fe3Al2 ( SiO4 ) 3 ; las piedras transparentes de color rojo oscuro a menudo se denominan granate precioso y se utilizan como piedras preciosas (siendo el más común de los granates gema). [ 17] La almandina se encuentra en rocas metamórficas como esquistos de mica , asociados con minerales como estaurolita , cianita , andalucita y otros. [18] La almandina tiene apodos de granate oriental, [19] rubí almandino y carbunclo. [16]
El piropo (del griego pyrōpós , que significa "similar al fuego") [3] es de color rojo y químicamente es un silicato de aluminio con la fórmula Mg 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 , aunque el magnesio puede ser reemplazado en parte por calcio y hierro ferroso. El color del piropo varía de rojo oscuro a negro. Se han recuperado gemas de piropo y espesartina de las kimberlitas diamantíferas de Sloan en Colorado , del conglomerado Bishop y en una lamprófira de la era terciaria en Cedar Mountain en Wyoming . [20]
Una variedad de piropo del condado de Macon , Carolina del Norte , es de un tono rojo violáceo y se la ha llamado rodolita , que en griego significa "rosa". En cuanto a su composición química, se la puede considerar esencialmente como una mezcla isomorfa de piropo y almandino, en la proporción de dos partes de piropo por una parte de almandino. [21] El piropo tiene nombres comerciales, algunos de los cuales son inapropiados : rubí del Cabo , rubí de Arizona , rubí de California , rubí de las Montañas Rocosas y rubí de Bohemia de la República Checa . [16]
El piropo es un mineral indicador de rocas de alta presión. Las rocas derivadas del manto ( peridotitas y eclogitas ) suelen contener una variedad de piropo. [22]
La espesartina o spessartite es un granate de aluminio y manganeso, Mn3Al2 (SiO4)3 . Su nombre deriva de Spessart en Baviera . [ 3 ] Se presenta con mayor frecuencia en skarns , [3] pegmatitas graníticas y tipos de rocas afines, [23] y en ciertas filitas metamórficas de bajo grado . La espesartina de color amarillo anaranjado se encuentra en Madagascar. [24] Las espesartinas de color rojo violeta se encuentran en riolitas en Colorado [21] y Maine . [ cita requerida ]
Los granates piropo-espesartina azules se descubrieron a fines de la década de 1990 en Bekily, Madagascar . Este tipo también se ha encontrado en partes de los Estados Unidos , Rusia , Kenia , Tanzania y Turquía . Cambia de color de azul verdoso a violeta según la temperatura de color de la luz de observación, como resultado de las cantidades relativamente altas de vanadio (alrededor de 1 % en peso de V 2 O 3 ). [9]
Existen otras variedades de granates que cambian de color. A la luz del día, su color varía entre tonos de verde, beige, marrón, gris y azul, pero bajo la luz incandescente, parecen de un color rojizo o violáceo/rosa. [25]
Este es el tipo de granate más raro. Debido a su capacidad de cambiar de color, este tipo de granate se parece a la alejandrita . [26]
La andradita es un granate de calcio y hierro, Ca3Fe2 ( SiO4 ) 3 , de composición variable y puede ser rojo, amarillo, marrón, verde o negro. [ 3 ] Las variedades reconocidas son demantoide (verde), melanita (negra), [3] y topazolita (amarilla o verde). La variedad translúcida de color marrón rojizo de la colofonita se reconoce como un nombre parcialmente obsoleto. [27] La andradita se encuentra en skarns [3] y en rocas ígneas profundas como la sienita [28] así como en serpentinas [29] y esquistos verdes . [30] El demantoide es una de las variedades de granate más apreciadas. [31]
La grosularia es un granate de calcio y aluminio con la fórmula Ca3Al2 ( SiO4 ) 3 , aunque el calcio puede ser reemplazado en parte por hierro ferroso y el aluminio por hierro férrico. El nombre grosularia se deriva del nombre botánico de la grosella espinosa , grossularia , en referencia al granate verde de esta composición que se encuentra en Siberia . Otros tonos incluyen marrón canela (variedad de piedra de canela), rojo y amarillo. [3] Debido a su dureza inferior al circón , al que se asemejan los cristales amarillos, también se los ha llamado hessonita del griego que significa inferior. [32] La grosularia se encuentra en skarns, [3] calizas metamorfoseadas por contacto con vesuvianita , diópsido , wollastonita y wernerita .
El granate grosular de Kenia y Tanzania se ha denominado tsavorita. La tsavorita se describió por primera vez en la década de 1960 en la zona de Tsavo en Kenia, de donde la gema toma su nombre. [33] [34]
La uvarovita es un granate de cromo y calcio con la fórmula Ca3Cr2 ( SiO4 ) 3 . Es un granate bastante raro, de color verde brillante, que se encuentra generalmente en forma de pequeños cristales asociados con cromita en peridotita , serpentinita y kimberlitas. Se encuentra en mármoles cristalinos y esquistos en los Montes Urales de Rusia y Outokumpu, Finlandia . La uvarovita recibe su nombre del conde Uvaro , un estadista imperial ruso. [3]
La knorringita es una especie de granate de magnesio y cromo con la fórmula Mg 3 Cr 2 (SiO 4 ) 3 . La knorringita pura nunca se encuentra en la naturaleza. El piropo rico en el componente de knorringita solo se forma bajo alta presión y a menudo se encuentra en kimberlitas . Se utiliza como mineral indicador en la búsqueda de diamantes . [35]
También conocidos como granates de tierras raras.
La estructura cristalográfica de los granates se ha ampliado a partir del prototipo para incluir productos químicos con la fórmula general A 3 B 2 ( C O 4 ) 3 . Además del silicio, se han colocado una gran cantidad de elementos en el sitio C , incluidos germanio , galio , aluminio , vanadio y hierro . [36]
El granate de itrio y aluminio (YAG), Y3Al2 ( AlO4 ) 3 , se utiliza para piedras preciosas sintéticas . Debido a su índice de refracción bastante alto, el YAG se utilizó como simulador de diamantes en la década de 1970 hasta que se desarrollaron los métodos para producir el simulador más avanzado de circonia cúbica en cantidades comerciales. Cuando se dopa con neodimio (Nd3 + ), el YAG de erbio o gadolinio se puede utilizar como medio láser en láseres Nd:YAG , [37] láseres Er:YAG y láseres Gd:YAG respectivamente. Estos láseres YAG dopados se utilizan en procedimientos médicos que incluyen el rejuvenecimiento cutáneo con láser , la odontología y la oftalmología. [38] [39] [40]
Cuando se utilizan los elementos apropiados, surgen propiedades magnéticas interesantes. En el granate de itrio y hierro (YIG), Y 3 Fe 2 (FeO 4 ) 3 , los cinco iones de hierro (III) ocupan dos sitios octaédricos y tres tetraédricos , y los iones de itrio (III) están coordinados por ocho iones de oxígeno en un cubo irregular. Los iones de hierro en los dos sitios de coordinación exhiben diferentes espines , lo que da como resultado un comportamiento magnético . El YIG es un material ferromagnético que tiene una temperatura de Curie de 550 K . El granate de itrio y hierro se puede convertir en esferas de YIG , que sirven como filtros y resonadores magnéticamente sintonizables para frecuencias de microondas . [41]
El granate de lutecio y aluminio (LuAG), Al 5 Lu 3 O 12 , es un compuesto inorgánico con una estructura cristalina única, conocido principalmente por su uso en dispositivos láser de alta eficiencia. LuAG también es útil en la síntesis de cerámicas transparentes . [42] LuAG es particularmente favorecido sobre otros cristales por su alta densidad y conductividad térmica; tiene una constante de red relativamente pequeña en comparación con los otros granates de tierras raras , lo que resulta en una mayor densidad que produce un campo cristalino con anchos de línea más estrechos y una mayor división del nivel de energía en la absorción y emisión. [43]
El granate de terbio y galio (TGG) , Tb 3 Ga 5 O 12 , es un material rotador de Faraday con excelentes propiedades de transparencia y es muy resistente al daño por láser. El TGG se puede utilizar en aisladores ópticos para sistemas láser, en circuladores ópticos para sistemas de fibra óptica, en moduladores ópticos y en sensores de corriente y campo magnético . [44]
Otro ejemplo es el granate de gadolinio y galio (GGG) , Gd3Ga2 (GaO4 ) 3 , que se sintetiza para su uso como sustrato para la epitaxia en fase líquida de películas de granate magnético para aplicaciones magnetoópticas y de memoria de burbujas . [ cita requerida ]
El granate mineral se encuentra comúnmente en rocas metamórficas y, en menor medida, en rocas ígneas. La mayoría de los granates naturales están zonificados compositivamente y contienen inclusiones. [45] Su estructura de red cristalina es estable a altas presiones y temperaturas y, por lo tanto, se encuentra en rocas metamórficas de facies de esquisto verde, incluyendo gneis , esquisto hornblenda y esquisto mica. [46] La composición que es estable en las condiciones de presión y temperatura del manto de la Tierra es el piropo, que a menudo se encuentra en peridotitas y kimberlitas , así como en las serpentinas que se forman a partir de ellas. [46] Los granates son únicos en el sentido de que pueden registrar las presiones y temperaturas del metamorfismo máximo y se utilizan como geobarómetros y geotermómetros en el estudio de la geotermobarometría que determina "PT Paths", trayectorias de presión-temperatura. Los granates se utilizan como mineral índice en la delineación de isógrados en rocas metamórficas. [46] La zonificación composicional y las inclusiones pueden marcar el cambio del crecimiento de los cristales a bajas temperaturas a temperaturas más altas. [47] Los granates que no están zonificados composicionalmente probablemente experimentaron temperaturas ultra altas (por encima de 700 °C) que llevaron a la difusión de los elementos principales dentro de la red cristalina, homogeneizando efectivamente el cristal [47] o nunca fueron zonificados. Los granates también pueden formar texturas metamórficas que pueden ayudar a interpretar historias estructurales. [47]
Además de utilizarse para determinar las condiciones del metamorfismo, los granates pueden utilizarse para datar determinados acontecimientos geológicos. El granate se ha desarrollado como geocronómetro U-Pb para datar la edad de cristalización [48] , así como termocronómetro en el sistema (U-Th)/He [49] para datar el momento del enfriamiento por debajo de una temperatura de cierre .
Los granates se pueden alterar químicamente y con mayor frecuencia se transforman en serpentina, talco y clorita . [46]
Los granates rojos eran las piedras preciosas más utilizadas en el mundo romano de la Antigüedad Tardía y en el arte del Período de Migración de los pueblos " bárbaros " que se apoderaron del territorio del Imperio Romano de Occidente . Se utilizaban especialmente incrustados en celdas de oro en la técnica cloisonné , un estilo a menudo llamado simplemente cloisonné de granate, que se encontró desde la Inglaterra anglosajona , como en Sutton Hoo , hasta el Mar Negro . Se realizaron miles de envíos de oro, plata y granates rojos de Tamraparni en el viejo mundo , incluidos Roma, Grecia, Oriente Medio, Serica y los anglosajones; hallazgos recientes como el tesoro de Staffordshire y el colgante del esqueleto de la Mujer Winfarthing de Norfolk confirman una ruta comercial de gemas establecida con el sur de la India y Tamraparni (antigua Sri Lanka ), conocida desde la antigüedad por su producción de piedras preciosas. [50] [51] [52]
Los cristales puros de granate todavía se utilizan como piedras preciosas. Las variedades de piedras preciosas se presentan en tonos de verde, rojo, amarillo y naranja. [53] En los EE. UU. se lo conoce como la piedra natal de enero. [2] La familia del granate es una de las más complejas del mundo de las gemas. No es una sola especie, sino que está compuesta por múltiples especies y variedades. [54] Es el mineral del estado de Connecticut , [55] la piedra preciosa de Nueva York , [56] y el granate estrella (granate con asterismos de rutilo ) es la piedra preciosa del estado de Idaho . [57]
La arena de granate es un buen abrasivo y un sustituto habitual de la arena de sílice en el chorro de arena. Los granos de granate aluvial, que son más redondos, son más adecuados para este tipo de tratamientos de chorro de arena. Mezclado con agua a presión muy alta, el granate se utiliza para cortar acero y otros materiales con chorros de agua . Para el corte con chorro de agua, el granate extraído de roca dura es adecuado, ya que tiene una forma más angular y, por lo tanto, es más eficiente en el corte. [58]
Los ebanistas prefieren el papel granate para el acabado de la madera desnuda. [59]
La arena de granate también se utiliza como medio de filtración de agua .
Como abrasivo, el granate se puede dividir en dos categorías: grado de granallado y grado de chorro de agua. El granate, a medida que se extrae y se recolecta, se tritura hasta obtener granos más finos; todos los trozos que son más grandes que 60 mesh (250 micrómetros) se utilizan normalmente para el granallado con arena. Los trozos entre 60 mesh (250 micrómetros) y 200 mesh (74 micrómetros) se utilizan normalmente para el corte con chorro de agua. Los trozos de granate restantes que son más finos que 200 mesh (74 micrómetros) se utilizan para el pulido y lapeado de vidrio. Independientemente de la aplicación, los tamaños de grano más grandes se utilizan para un trabajo más rápido y los más pequeños se utilizan para acabados más finos. [60]
Existen diferentes tipos de granates abrasivos que pueden clasificarse según su origen. La mayor fuente de granate abrasivo en la actualidad es la arena de playa rica en granate, que es bastante abundante en las costas de la India y Australia , y los principales productores en la actualidad son Australia y la India. [61]
Este material es particularmente popular debido a sus suministros constantes, enormes cantidades y material limpio. Los problemas comunes con este material son la presencia de compuestos de ilmenita y cloruro. Dado que el material ha sido triturado y molido naturalmente en las playas durante siglos pasados, el material normalmente está disponible solo en tamaños finos. La mayor parte del granate en la playa de Tuticorin en el sur de la India es de 80 mallas y varía de 56 mallas a 100 mallas. [ cita requerida ]
El granate de río es particularmente abundante en Australia. El granate de arena de río se presenta como un depósito de placer . [62]
El granate de roca es quizás el tipo de granate que se ha utilizado durante más tiempo. Este tipo de granate se produce en América, China y el oeste de la India. Estos cristales se trituran en molinos y luego se purifican mediante soplado con viento, separación magnética, tamizado y, si es necesario, lavado. Al estar recién triturado, este granate tiene los bordes más afilados y, por lo tanto, funciona mucho mejor que otros tipos de granate. Tanto el granate de río como el de playa sufren el efecto de volteo de cientos de miles de años que redondea los bordes. El granate de Gore Mountain del condado de Warren, Nueva York , EE. UU., es una fuente importante de granate de roca para su uso como abrasivo industrial. [3]
El granate es la piedra natal de enero. [63] [64] También es la piedra natal de Acuario y Capricornio en la astrología tropical . [65] [66] En Persia, esta gema natal se consideraba un talismán contra las fuerzas de la naturaleza, como las tormentas y los relámpagos. Se aceptaba ampliamente que el granate podía señalar la proximidad de un peligro poniéndose pálido. [ cita requerida ]
El granate es la piedra preciosa oficial del estado de Nueva York , [67] Connecticut tiene al granate almandino como su piedra preciosa estatal, [68] Idaho tiene al granate estrella como su piedra preciosa estatal, [69] y Vermont tiene al granate grossular como su piedra preciosa estatal. [70]
Desde 2003, el estado de Nueva York ocupa el primer puesto en la producción industrial de granate en los Estados Unidos. Dado que sólo unas pocas empresas producen toda la producción industrial de granate en ese país, no se dispone de estadísticas detalladas de producción publicadas para el estado de Nueva York. Sin embargo, en términos generales, Barton Mines, en el condado de Warren, es el mayor productor de granate de los Estados Unidos. [71]
El Museo del Estado de Nueva York en Albany, NY, alberga especímenes de sitios importantes de todo el estado, incluidas 93 especies minerales del distrito minero Balmat-Edwards en St. Lawrence, supergranates de la mina Barton en las montañas Adirondack y diamantes Herkimer del condado de Herkimer, Nueva York [72]
La mina de granate más grande del mundo se encuentra cerca de North Creek, Nueva York, y es operada por Barton Mines Corporation, que suministra aproximadamente el 90% del granate del mundo. [73] Barton Mines Corporation es la primera y más antigua operación minera industrial de granate del mundo y la segunda operación minera continua más antigua de los Estados Unidos bajo la misma administración y extrayendo el mismo producto a lo largo de su historia. La mina Gore Mountain de Barton Mines Corporation fue explotada por primera vez bajo la dirección de HH Barton Sr. en 1878 para producir granate como producto principal. [73]
La mina de granate a cielo abierto Barton Garnet, ubicada en Gore Mountain en las Tierras Altas de Adirondack, produce los cristales individuales de granate más grandes del mundo; los diámetros varían de 5 a 35 cm y comúnmente tienen un promedio de 10 a 18 cm. [74]
Los granates de Gore Mountain son únicos en muchos aspectos, y se ha hecho un esfuerzo considerable para determinar el momento del crecimiento del granate. La primera datación fue la de Basu et al. (1989), quienes utilizaron plagioclasa-hornblenda-granate para producir una isócrona Sm/Nd que arrojó una edad de 1059 ± 19 Ma. Mezger et al. (1992) llevaron a cabo su propia investigación de Sm/Nd utilizando hornblenda y el núcleo perforado de un granate de 50 cm para producir una edad isócrona de 1051 ± 4 Ma. Connelly (2006) utilizó siete fracciones diferentes de un granate de Gore Mountain para obtener una edad isócrona Lu-Hf de 1046,6 ± 6 Ma. Por lo tanto, se concluye con confianza que los granates se formaron a 1049 ± 5 Ma, el promedio de las tres determinaciones. Esta es también la edad local del máximo metamorfismo en la fase Ottawan de 1090-1040 Ma de la orogenia Grenvilliana y sirve como un punto de datos crítico para determinar la evolución de los depósitos de granate megacristalino. [74]
