La petrografía es una rama de la petrología que se centra en las descripciones detalladas de las rocas . A quien estudia la petrografía se le llama petrógrafo . Se describen en detalle el contenido mineral y las relaciones texturales dentro de la roca. La clasificación de las rocas se basa en la información adquirida durante el análisis petrográfico . Las descripciones petrográficas comienzan con las notas de campo en el afloramiento e incluyen la descripción macroscópica de especímenes del tamaño de una mano. La herramienta más importante del petrógrafo es el microscopio petrográfico . El análisis detallado de los minerales mediante mineralogía óptica en sección delgada y la microtextura y estructura son fundamentales para comprender el origen de la roca.
En los laboratorios petrográficos modernos se utilizan análisis de granos individuales mediante tomografía de sonda atómica o microsonda electrónica, así como análisis químicos de rocas completas mediante absorción atómica , fluorescencia de rayos X y espectroscopia de descomposición inducida por láser . Los granos minerales individuales de una muestra de roca también se pueden analizar mediante difracción de rayos X cuando los medios ópticos son insuficientes. El análisis de inclusiones microscópicas de fluidos dentro de granos minerales con una platina de calentamiento en un microscopio petrográfico proporciona pistas sobre las condiciones de temperatura y presión existentes durante la formación del mineral.
La petrografía como ciencia comenzó en 1828 cuando el físico escocés William Nicol inventó la técnica para producir luz polarizada cortando un cristal de espato de Islandia , una variedad de calcita , en un prisma especial que se conoció como prisma de Nicol . La adición de dos de estos prismas al microscopio ordinario convirtió al instrumento en un microscopio polarizador o petrográfico . Utilizando luz transmitida y prismas de Nicol, fue posible determinar el carácter cristalográfico interno de granos minerales muy pequeños, lo que avanzó enormemente en el conocimiento de los componentes de una roca.
Durante la década de 1840, un desarrollo de Henry C. Sorby y otros sentó las bases de la petrografía. Se trataba de una técnica para estudiar láminas muy delgadas de roca. Se fijaba una lámina de roca a un portaobjetos de microscopio y luego se molía hasta que la luz pudiera transmitirse a través de granos minerales que de otro modo aparecerían opacos. La posición de los granos adyacentes no se alteraba, lo que permitía el análisis de la textura de la roca . La petrografía de láminas delgadas se convirtió en el método estándar de estudio de rocas. Dado que los detalles de la textura contribuyen en gran medida al conocimiento de la secuencia de cristalización de los diversos componentes minerales de una roca, la petrografía progresó hacia la petrogénesis y, en última instancia, hacia la petrología.
La petrografía se desarrolló principalmente en Alemania a finales del siglo XIX.
Los caracteres macroscópicos de las rocas, visibles en muestras tomadas con la mano sin la ayuda del microscopio, son muy variados y difíciles de describir con precisión y en su totalidad. El geólogo que trabaja sobre el terreno depende principalmente de ellos y de unas cuantas pruebas químicas y físicas rudimentarias; y para el ingeniero, el arquitecto y el maestro de canteras prácticos, son de suma importancia. Aunque con frecuencia son insuficientes por sí solos para determinar la verdadera naturaleza de una roca, suelen servir para una clasificación preliminar y, a menudo, proporcionan toda la información necesaria.
Con una pequeña botella de ácido para comprobar el carbonato de cal, un cuchillo para determinar la dureza de las rocas y los minerales y una lupa de bolsillo para ampliar su estructura, el geólogo de campo rara vez se queda sin saber a qué grupo pertenece una roca. Las especies de grano fino a menudo son indeterminables de esta manera, y los componentes minerales diminutos de todas las rocas normalmente sólo se pueden determinar mediante un examen microscópico. Pero es fácil ver que una arenisca o gravilla consiste en granos de arena más o menos redondeados, desgastados por el agua y si contiene partículas opacas y meteorizadas de feldespato, escamas brillantes de mica o pequeños cristales de calcita, estos también rara vez escapan a la observación. Las rocas de esquisto y arcilla generalmente son blandas, de grano fino, a menudo laminadas y no es raro que contengan organismos diminutos o fragmentos de plantas. Las calizas se marcan fácilmente con una hoja de cuchillo, burbujean fácilmente con un ácido frío débil y a menudo contienen conchas enteras o rotas u otros fósiles. La naturaleza cristalina de un granito o basalto es obvia a simple vista, y mientras que el primero contiene feldespato blanco o rosado, cuarzo vítreo transparente y escamas brillantes de mica, el otro muestra olivino verde amarillento, augita negra y plagioclasa estratificada gris.
Otras herramientas sencillas incluyen el soplete (para comprobar la fusibilidad de los cristales desprendidos), el goniómetro , el imán, la lupa y la balanza de gravedad específica. [1]
Cuando se trata de tipos desconocidos o con rocas de grano tan fino que sus minerales componentes no se pueden determinar con la ayuda de una lupa, se utiliza un microscopio. Las características observadas bajo el microscopio incluyen color, variación de color bajo luz polarizada plana ( pleocroísmo , producido por el prisma de Nicol inferior , o más recientemente películas polarizadoras ), características de fractura de los granos, índice de refracción (en comparación con el adhesivo de montaje, típicamente bálsamo de Canadá ) y simetría óptica ( birrefringente o isotrópica ). En total , estas características son suficientes para identificar el mineral y, a menudo, para estimar con bastante precisión su composición de elementos principales. El proceso de identificación de minerales bajo el microscopio es bastante sutil, pero también mecanicista: sería posible desarrollar una clave de identificación que permitiera a una computadora hacerlo. La parte más difícil y hábil de la petrografía óptica es identificar las interrelaciones entre los granos y relacionarlos con las características observadas en muestras del tamaño de una mano, en afloramientos o en mapas.
La separación de los componentes de un polvo de roca triturada para obtener muestras puras para su análisis es un método habitual. Puede realizarse con un potente electroimán de potencia regulable. Un campo magnético débil atrae a la magnetita, luego a la hematita y a otros minerales de hierro. Los silicatos que contienen hierro siguen en un orden definido: se extraen sucesivamente la biotita, la enstatita, la augita, la hornblenda, el granate y minerales ferromagnésicos similares. Finalmente, sólo quedan los compuestos incoloros y no magnéticos, como la moscovita, la calcita, el cuarzo y el feldespato. Los métodos químicos también son útiles.
Un ácido débil disuelve la calcita de la piedra caliza triturada, dejando solo dolomita, silicatos o cuarzo. El ácido fluorhídrico ataca al feldespato antes que al cuarzo y, si se usa con precaución, disuelve estos y cualquier material vítreo en un polvo de roca antes de disolver la augita o la hiperstena.
Los métodos de separación por gravedad específica tienen una aplicación aún más amplia. El más simple de ellos es la levigación, que se emplea ampliamente en el análisis mecánico de suelos y el tratamiento de minerales, pero no tiene tanto éxito con las rocas, ya que sus componentes, por regla general, no difieren mucho en gravedad específica. Se utilizan fluidos que no atacan a la mayoría de los minerales formadores de rocas, pero que tienen una gravedad específica alta. Las soluciones de yoduro de potasio y mercurio (gr. específico 3,196), borotungstato de cadmio (gr. específico 3,30), yoduro de metileno (gr. específico 3,32), bromoformo (gr. específico 2,86) o bromuro de acetileno (gr. específico 3,00) son los principales fluidos empleados. Pueden diluirse (con agua, benceno, etc.) o concentrarse por evaporación.
Si la roca es granito y está compuesta de biotita (gr. específico 3.1), moscovita (gr. específico 2.85), cuarzo (gr. específico 2.65), oligoclasa (gr. específico 2.64) y ortoclasa (gr. específico 2.56), los minerales triturados flotan en yoduro de metileno. Al diluirse gradualmente con benceno, precipitan en el orden indicado anteriormente. Estos métodos, que en teoría son sencillos, resultan tediosos en la práctica, especialmente porque es común que un mineral formador de rocas encierre a otro. El manejo experto de rocas frescas y adecuadas produce resultados excelentes. [1]
Además de la investigación a simple vista y al microscopio, los métodos de investigación química son de gran importancia práctica para el petrógrafo. Los polvos triturados y separados, obtenidos mediante los procesos anteriores, pueden analizarse para determinar la composición química de los minerales en la roca de forma cualitativa o cuantitativa. Las pruebas químicas y el examen microscópico de los granos diminutos son un medio elegante y valioso para discriminar entre los componentes minerales de las rocas de grano fino.
Así, la presencia de apatita en secciones de roca se establece cubriendo una sección de roca desnuda con una solución de molibdato de amonio. Se forma un precipitado amarillo turbio sobre los cristales del mineral en cuestión (indicando la presencia de fosfatos). Muchos silicatos son insolubles en ácidos y no se pueden analizar de esta manera, pero otros se disuelven parcialmente, dejando una película de sílice gelatinosa que se puede teñir con materias colorantes, como los colorantes de anilina (nefelina, analcita, zeolitas, etc.).
Los análisis químicos completos de las rocas también son muy utilizados y tienen una gran importancia, especialmente para describir nuevas especies. En los últimos años, el análisis de rocas ha alcanzado un alto grado de refinamiento y complejidad (en gran medida gracias a la influencia del laboratorio químico del Servicio Geológico de los Estados Unidos). Se pueden determinar hasta veinte o veinticinco componentes, pero, a efectos prácticos, el conocimiento de las proporciones relativas de sílice, alúmina, óxidos ferrosos y férricos, magnesia, cal, potasa, sosa y agua nos ayuda mucho a determinar la posición de una roca en las clasificaciones convencionales.
Un análisis químico suele ser suficiente para indicar si una roca es ígnea o sedimentaria y, en ambos casos, para mostrar con precisión a qué subdivisión de estas clases pertenece. En el caso de las rocas metamórficas, suele establecer si la masa original era un sedimento o de origen volcánico. [1]
La gravedad específica de las rocas se determina mediante el uso de una balanza y un picnómetro. Es máxima en las rocas que contienen más magnesia, hierro y metales pesados, mientras que es mínima en las rocas ricas en álcalis, sílice y agua. Disminuye con la meteorización. En general, la gravedad específica de las rocas con la misma composición química es mayor si son altamente cristalinas y menor si son total o parcialmente vítreas. La gravedad específica de las rocas más comunes varía de aproximadamente 2,5 a 3,2. [1]
Los arqueólogos utilizan la petrografía para identificar los componentes minerales de la cerámica . [2] Esta información vincula los artefactos con las áreas geológicas donde se obtuvieron las materias primas para la cerámica. Además de arcilla, los alfareros solían utilizar fragmentos de roca, generalmente llamados "temperamento" o "aplásticos", para modificar las propiedades de la arcilla. La información geológica obtenida de los componentes de la cerámica proporciona información sobre cómo los alfareros seleccionaron y utilizaron los recursos locales y no locales. Los arqueólogos pueden determinar si la cerámica encontrada en un lugar particular fue producida localmente o comercializada desde otro lugar. Este tipo de información, junto con otras pruebas, puede respaldar conclusiones sobre los patrones de asentamiento, la movilidad grupal e individual , los contactos sociales y las redes comerciales. Además, comprender cómo se alteran ciertos minerales a temperaturas específicas puede permitir a los petrógrafos arqueológicos inferir aspectos del proceso de producción de cerámica en sí, como las temperaturas mínimas y máximas alcanzadas durante la cocción original de la olla.
