El pedernal ( / ˈ tʃ ɜːr t / ) es una roca sedimentaria dura de grano fino compuesta de cuarzo microcristalino o criptocristalino , [1] la forma mineral del dióxido de silicio (SiO 2 ). [2] El pedernal es característicamente de origen biológico, pero también puede presentarse de forma inorgánica como un precipitado químico o un reemplazo diagenético , como en la madera petrificada . [3]
El pedernal se compone típicamente de restos petrificados de exudado silíceo , el sedimento biogénico que cubre grandes áreas del fondo del océano profundo y que contiene restos esqueléticos de silicio de diatomeas , silicoflagelados y radiolarios . [4] Los pedernales precámbricos se destacan por la presencia de cianobacterias fósiles . [5] Además de microfósiles , [4] el pedernal ocasionalmente contiene macrofósiles . [6] [7] Sin embargo, algunos pedernales carecen de fósiles. [8]
El color del pedernal varía mucho, del blanco al negro, pero se encuentra con mayor frecuencia en gris, marrón, marrón grisáceo y de verde claro a rojo oxidado [9] [10] y ocasionalmente en verde oscuro. [11] Su color es una expresión de oligoelementos presentes en la roca. Tanto el rojo como el verde suelen estar relacionados con trazas de hierro en sus formas oxidada y reducida , respectivamente. [4] [12]
En petrología , el término "pedernal" se refiere generalmente a todas las rocas sedimentarias precipitadas químicamente compuestas principalmente de sílice microcristalina , criptocristalina y microfibrosa . [13] La mayoría de los pedernales son sílice casi pura, con menos del 5% de otros minerales (principalmente calcita , dolomita , minerales arcillosos , hematita y materia orgánica). [14] Sin embargo, los pedernales varían desde pedernales muy puros con más del 99% de contenido de sílice. a pedernales nodulares impuros con menos del 65% de contenido de sílice. El aluminio es el elemento menor más abundante, seguido del hierro y el manganeso o el potasio , el sodio y el calcio . [8] El agua extracristalina (pequeñas inclusiones de agua dentro y alrededor de los granos de cuarzo) constituye menos del 1% de la mayoría de los pedernales. [15]
La clasificación Folk divide el pedernal en tres categorías de textura . El microcuarzo granular es el componente del pedernal que consta de granos de cuarzo aproximadamente equidimensionales , cuyo tamaño varía desde una fracción de una micra hasta 20 micras, pero normalmente de 8 a 10 micras. La calcedonia es una variedad microfibrosa de cuarzo, que consta de haces radiantes de cristales muy delgados de unas 100 micras de largo. El megacuarzo está compuesto por granos equidimensionales de más de 20 micras de tamaño. [13] [16] La mayoría de los pedernales son cuarzo microcristalino con calcedonia en menor medida y, a veces, ópalo , pero los pedernales varían desde ópalo casi puro hasta pedernal de cuarzo casi puro. Sin embargo, el pequeño ópalo tiene más de 60 millones de años. [16] El pedernal opalino a menudo contiene fósiles visibles de diatomeas , radiolarios y espículas de esponjas de vidrio . [17]
El pedernal se encuentra en entornos tan diversos como depósitos de aguas termales ( sínter silíceo ), formaciones de hierro en bandas ( jaspilita ), [8] o lagos alcalinos . [18] Sin embargo, la mayoría del pedernal se encuentra como pedernal estratificado o como pedernal nodular . [8] El pedernal estratificado es más común en los lechos precámbricos , pero el pedernal nodular se volvió más común en el Fanerozoico a medida que disminuyó el volumen total de pedernal en el registro de roca. [19] El pedernal estratificado es raro después del Mesozoico temprano . [20] El pedernal se volvió moderadamente abundante durante el Devónico y el Carbonífero y nuevamente se volvió moderadamente abundante desde el Jurásico hasta el presente. [21]
El pedernal estratificado, también conocido como pedernal en cinta, toma la forma de capas finas ( de unos pocos centímetros a un metro de espesor [22] ) de pedernal casi puro separadas por capas muy delgadas de esquisto rico en sílice . [23] Por lo general, es de color negro a verde, y la secuencia completa de lechos puede tener varios cientos de metros de espesor. La lutita es típicamente lutita negra, a veces con pirita , lo que indica deposición en un ambiente anóxico . [21] El pedernal estratificado se encuentra con mayor frecuencia asociado con turbiditas , piedra caliza de aguas profundas , roca volcánica submarina , [23] ofiolitas y mezclas en márgenes activos de placas tectónicas . [24] Las estructuras sedimentarias son raras en los pedernales estratificados. [ 23] La pureza típicamente alta del pedernal estratificado, al igual que la alta pureza de otras rocas precipitadas químicamente, apunta a la deposición en áreas donde hay poca afluencia de sedimentos detríticos (como el agua de río cargada de partículas de limo y arcilla). Las impurezas presentes incluyen pirita y hematita autigénicas , formadas en los sedimentos después de su depósito, además de trazas de minerales detríticos. [8]
El agua de mar normalmente contiene entre 0,01 y 11 partes por millón (ppm) de sílice, siendo típico alrededor de 1 ppm. Esto está muy por debajo de la saturación, lo que indica que normalmente la sílice no se puede precipitar del agua de mar mediante procesos inorgánicos. En cambio, la sílice se extrae del agua de mar mediante organismos vivos, como diatomeas, radiolarios y esponjas de vidrio, que pueden extraer sílice de manera eficiente incluso de agua muy insaturada, [26] y que se estima que actualmente producen 12 kilómetros cúbicos (2,9 millas cúbicas) de ópalo al año en los océanos del mundo. [27] Las diatomeas pueden duplicar su número ocho veces al día en condiciones ideales (aunque duplicar una vez al día es más típico en agua de mar normal) y pueden extraer sílice del agua con tan solo 0,1 ppm de sílice. [28] Los organismos protegen sus esqueletos de la disolución "armándolos" con iones metálicos. Una vez que los organismos mueren, sus esqueletos se disolverán rápidamente a menos que se acumulen en el fondo del océano y sean enterrados, formando un exudado silíceo que tiene entre un 30% y un 60% de sílice. Por lo tanto, los pedernales estratificados generalmente se componen principalmente de restos fósiles de organismos que secretan esqueletos de sílice, que generalmente se alteran mediante solución y recristalización. [26]
Los esqueletos de estos organismos están compuestos de ópalo-A, una forma amorfa de sílice, que carece de estructura cristalina de largo alcance. Esto se transforma gradualmente en ópalo-CT, una forma microcristalina de sílice compuesta principalmente por cristales laminados de cristobalita y tridimita . [29] Gran parte del ópalo-CT toma la forma de lepiesferas , que son grupos de cristales afilados de aproximadamente 10 micrones de diámetro. [30] Opal-CT a su vez se transforma en microcuarzo. En las aguas profundas del océano, la transición al ópalo-CT se produce a una temperatura de aproximadamente 45 °C (113 °F), mientras que la transición al microcuarzo se produce a una temperatura de aproximadamente 80 °C (176 °F). Sin embargo, la temperatura de transición varía considerablemente y la transición se acelera por la presencia de hidróxido de magnesio , que proporciona un núcleo para la recristalización. El megacuarzo se forma a temperaturas elevadas típicas del metamorfismo . [29]
Existe evidencia de que la variedad de pedernal denominada porcelanaita , que se caracteriza por un alto contenido en ópalo-CT, recristaliza a muy poca profundidad. [29] La Novaculita Caballos de Texas también muestra signos de deposición en aguas muy poco profundas, incluidas estructuras sedimentarias de aguas poco profundas y pseudomorfos de evaporita , que son moldes de cristales de minerales solubles que podrían haberse formado solo en condiciones cercanas a la superficie. Este novaculado parece haberse formado mediante la sustitución de bolitas fecales de carbonato por pedernal. [21]
Los pedernales estratificados se pueden subdividir aún más según los tipos de organismos que produjeron los esqueletos de sílice. [23]
El pedernal de diatomeas está formado por lechos y lentes de diatomita que se convirtieron durante la diagénesis en pedernal denso y duro. Se han informado lechos de pedernal de diatomeas marino que comprenden estratos de varios cientos de metros de espesor en secuencias sedimentarias como la Formación Monterey del Mioceno de California y se encuentran en rocas tan antiguas como el Cretácico . Las diatomeas fueron el organismo silíceo dominante responsable de extraer sílice del agua de mar desde el Jurásico y posteriores. [31]
La radiolarita se compone principalmente de restos de radiolarios. Cuando los restos están bien cementados con sílice se le conoce como pedernal radiolario . [32] Muchos muestran evidencia de un origen en aguas profundas, pero algunos parecen haberse formado en aguas tan poco profundas como 200 metros (660 pies), [33] tal vez en mares de plataforma donde el afloramiento de aguas oceánicas profundas ricas en nutrientes sustenta altos niveles de materia orgánica. productividad. [22] Los radiolarios dominaron la extracción de sílice del agua de mar antes del Jurásico. [34]
La espicularita es un pedernal compuesto de espículas de esponjas de vidrio y otros invertebrados. Cuando está densamente cementado, se le conoce como pedernal espicular . Se encuentran asociados con areniscas ricas en glauconita , lutitas negras , calizas ricas en arcilla , fosforitas y otras rocas no volcánicas típicas del agua a unos cientos de metros de profundidad. [33]
Algunos pedernales estratificados parecen desprovistos de fósiles incluso bajo un examen microscópico minucioso. Su origen es incierto, pero pueden formarse a partir de restos fósiles que están completamente disueltos en fluidos que luego migran para precipitar su carga de sílice en un lecho cercano. [35] [36] También se ha sugerido el cuarzo eólico como fuente de sílice para lechos de pedernal. [37] Los pedernales con lechos precámbricos son comunes y constituyen el 15% de la roca sedimentaria del Precámbrico medio, [21] y pueden haber sido depositados de forma no biológica en océanos más saturados de sílice que el océano moderno. El alto grado de saturación de sílice se debió a la intensa actividad volcánica o a la falta de organismos modernos que eliminen la sílice del agua de mar. [38]
El pedernal nodular es más común en piedra caliza, pero también se puede encontrar en lutitas [38] y areniscas. [25] Es menos común en la dolomita . [1] El pedernal nodular en rocas carbonatadas se encuentra como nódulos de ovalados a irregulares . Estos varían en tamaño, desde partículas de cuarzo en polvo hasta nódulos de varios metros de tamaño. Los nódulos suelen estar a lo largo de planos de lecho o superficies de estilolita (disolución), donde los organismos fósiles tendían a acumularse y proporcionaban una fuente de sílice disuelta, pero a veces se encuentran cortando superficies de lecho, donde el pedernal llena madrigueras fósiles , estructuras de escape de fluidos . o fracturas. Los nódulos de menos de unos pocos centímetros de tamaño tienden a tener forma de huevo, mientras que los nódulos más grandes forman cuerpos irregulares con superficies nudosas. Los pocos centímetros exteriores de los nódulos grandes pueden mostrar grietas de desecación con pedernal secundario, que probablemente se formó al mismo tiempo que el nódulo. Ocasionalmente se encuentran fósiles calcáreos completamente silicificados. [25] Cuando el pedernal se encuentra en tiza o marga , generalmente se le llama pedernal . [8]
El pedernal nodular suele ser de color oscuro con una corteza blanca erosionada. [25]
La mayoría de los nódulos de pedernal tienen texturas que sugieren que se formaron por reemplazo diagenético, donde se depositó sílice en lugar de carbonato de calcio o minerales arcillosos . [8] Esto puede haber tenido lugar cuando el agua meteórica (agua derivada de la nieve o la lluvia) se mezcló con agua salada en los lechos de sedimentos, donde quedó atrapado el dióxido de carbono, produciendo un ambiente sobresaturado con sílice y subsaturado con carbonato de calcio. [1] El pedernal nodular es particularmente común en entornos de plataforma continental. [38] En la Cuenca Pérmica (América del Norte) , los nódulos de pedernal y los fósiles chertificados son abundantes en las calizas de la cuenca, pero hay pocos en la propia zona de acumulación de carbonato. Esto puede reflejar la disolución del ópalo donde el carbonato se deposita activamente, una falta de organismos silíceos en estos ambientes o la eliminación de esqueletos silíceos por fuertes corrientes que vuelven a depositar el material silíceo en la cuenca profunda. [39]
La sílice en el pedernal nodular probablemente precipita como ópalo-A, debido a las bandas internas en los nódulos, [39] y puede recristalizarse directamente en microcuarzo sin recristalizar primero en ópalo-CT. [38] Algunos pedernales nodulares pueden precipitar directamente como microcuarzo, debido a los bajos niveles de sobresaturación de sílice. [25]
Las formaciones de hierro en bandas de la edad precámbrica están compuestas de capas alternas de pedernal y óxidos de hierro . [40] [41]
Los pedernales no marinos pueden formarse en lagos salinos alcalinos como lentes delgadas o nódulos que muestran estructuras sedimentarias que sugieren un origen evaporítico . Estos pedernales se están formando hoy en día en los lagos alcalinos del Valle del Rift de África Oriental . [42] Estos lagos se caracterizan por tener salmueras de carbonato de sodio con un pH muy alto que pueden contener hasta 2700 ppm de sílice. Los episodios de escorrentía de agua dulce hacia los lagos reducen el pH y precipitan los inusuales minerales de silicato de sodio magadiita o kenyaita . Después del entierro y la diagénesis , estos se transforman en pedernal de tipo Magadi. [39] La Formación Morrison contiene pedernal tipo Magadi que puede haberse formado en el lago alcalino T'oo'dichi'. [43]
El pedernal también puede formarse a partir del reemplazo de calcreta en suelos fósiles ( paleosoles ) por sílice disuelta de lechos de cenizas volcánicas suprayacentes . [44]
La naturaleza criptocristalina del pedernal, combinada con su capacidad superior a la media para resistir la erosión , la recristalización y el metamorfismo , la ha convertido en una roca ideal para la preservación de formas de vida tempranas. [45]
Por ejemplo:
El pedernal tiene hoy una importancia económica modesta como fuente de sílice (la arena de cuarzo es mucho más importante). Sin embargo, los depósitos de pedernal pueden estar asociados con valiosos depósitos de hierro, uranio , manganeso, fosforita y petróleo. [57]
En tiempos prehistóricos, el pedernal se utilizaba a menudo como materia prima para la construcción de herramientas de piedra . Al igual que la obsidiana , así como algunas riolitas , felsitas , cuarcitas y otras piedras herramientas utilizadas en la reducción lítica , el pedernal se fractura en un cono hertziano cuando se golpea con suficiente fuerza. Esto da como resultado fracturas concoideas , una característica de todos los minerales sin planos de escisión . En este tipo de fractura, un cono de fuerza se propaga a través del material desde el punto de impacto, eliminando eventualmente un cono total o parcial; Este resultado es familiar para cualquiera que haya visto lo que le sucede a una ventana de vidrio cuando es golpeada por un objeto pequeño, como un proyectil de pistola de aire comprimido . Los conos hertzianos parciales producidos durante la reducción lítica se denominan escamas y exhiben características características de este tipo de rotura, incluidas plataformas llamativas , bulbos de fuerza y, ocasionalmente, escamas , que son pequeñas escamas secundarias desprendidas del bulbo de fuerza de la escama. [58]
Cuando una piedra de pedernal se golpea contra una superficie que contiene hierro, se producen chispas. Esto hace que el pedernal sea una excelente herramienta para iniciar incendios, y tanto el pedernal como el pedernal común se utilizaron en varios tipos de herramientas para iniciar incendios, como los yesqueros , a lo largo de la historia. Un uso histórico principal del pedernal y el pedernal comunes fue para armas de fuego de chispa , en las que el pedernal que golpea una placa de metal produce una chispa que enciende un pequeño depósito que contiene pólvora negra , descargando el arma de fuego. [2] [59]
Los pedernales están sujetos a problemas cuando se utilizan como agregados para concreto. El pedernal profundamente erosionado desarrolla salidas superficiales cuando se usa en concreto que se somete a congelación y descongelación debido a la alta porosidad del pedernal erosionado. La otra preocupación es que ciertos pedernales sufren una reacción álcali-sílice con cementos con alto contenido de álcali. Esta reacción conduce al agrietamiento y la expansión del hormigón y, en última instancia, al fallo del material. [60]
Existen numerosas variedades de pedernal, clasificadas en función de sus características visibles, microscópicas y físicas. [9] [10] Algunas de las variedades más comunes son:
Otros términos arcaicos menos utilizados para el pedernal son piedra de fuego y sílex. [72]
