El sílex ( / 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 sílex es típicamente 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 sílex se compone típicamente de restos petrificados de cieno silíceo , el sedimento biogénico que cubre grandes áreas del fondo oceánico profundo, y que contiene los restos esqueléticos de silicio de diatomeas , silicoflagelados y radiolarios . [4] Los sílex precámbricos son notables por la presencia de cianobacterias fósiles . [5] Además de microfósiles , [4] el sílex contiene ocasionalmente macrofósiles . [6] [7] Sin embargo, algunos sílex carecen de fósiles. [8]
El color del sílex varía mucho, desde el blanco hasta el negro, pero se encuentra con mayor frecuencia en gris, marrón, marrón grisáceo y verde claro hasta rojo oxidado [9] [10] y, ocasionalmente, en verde oscuro. [11] Su color es una expresión de los oligoelementos presentes en la roca. Tanto el rojo como el verde se relacionan con mayor frecuencia con trazas de hierro en sus formas oxidada y reducida , respectivamente. [4] [12]
En petrología , el término "chert" se refiere en general a todas las rocas sedimentarias precipitadas químicamente compuestas principalmente de sílice microcristalina , criptocristalina y microfibrosa . [13] La mayoría de los cherts son sílice casi pura, con menos del 5% de otros minerales (principalmente calcita , dolomita , minerales arcillosos , hematita y materia orgánica). [14] Sin embargo, los cherts varían desde cherts muy puros con más del 99% de contenido de sílice hasta cherts nodulares impuros con menos del 65% de contenido de sílice. El aluminio es el elemento minoritario más abundante, seguido del hierro y el manganeso o potasio , sodio y calcio . [8] El agua extracristalina (pequeñas inclusiones de agua dentro y alrededor de los granos de cuarzo) constituyen menos del 1% de la mayoría de los cherts. [15]
La clasificación Folk divide el sílex en tres categorías texturales . El microcuarzo granular es el componente del sílex que consiste en granos de cuarzo aproximadamente equidimensionales, cuyo tamaño varía desde una fracción de micrón hasta 20 micrones, pero lo más típico es de 8 a 10 micrones. La calcedonia es una variedad microfibrosa de cuarzo, que consiste en haces radiantes de cristales muy finos de aproximadamente 100 micrones de largo. El megacuarzo está compuesto de granos equidimensionales de más de 20 micrones de tamaño. [13] [16] La mayor parte del sílex es cuarzo microcristalino con calcedonia menor y, a veces, ópalo , pero los cherts varían desde ópalo casi puro hasta sílex de cuarzo casi puro. Sin embargo, poco ópalo tiene más de 60 millones de años. [16] El sílex opalino a menudo contiene fósiles visibles de diatomeas , radiolarios y espículas de esponja de vidrio . [17]
El sílex se encuentra en entornos tan diversos como depósitos de aguas termales ( sinter silíceo ), formaciones de hierro bandeado ( jaspilita ), [8] o lagos alcalinos . [18] Sin embargo, la mayor parte del sílex se encuentra como sílex estratificado o como sílex nodular . [8] El sílex estratificado es más común en los estratos precámbricos , pero el sílex nodular se hizo más común en el Fanerozoico a medida que el volumen total de sílex en el registro de rocas disminuyó. [19] El sílex estratificado es raro después del Mesozoico temprano . [20] El sílex se volvió moderadamente abundante durante el Devónico y el Carbonífero y nuevamente se volvió moderadamente abundante desde el Jurásico hasta el presente. [21]
El sílex estratificado, también conocido como sílex en cinta, adopta la forma de capas finamente estratificadas (de unos pocos centímetros a un metro de espesor [22] ) de sílex casi puro separadas por capas muy delgadas de pizarra rica en sílice . [23] Por lo general, es de color negro a verde, y la secuencia completa de capas puede tener varios cientos de metros de espesor. La pizarra es típicamente pizarra negra, a veces con pirita , lo que indica deposición en un entorno anóxico . [21] El sílex estratificado se encuentra con mayor frecuencia en asociación 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 sílex estratificados. [23] La pureza típicamente alta del sílex estratificado, al igual que la alta pureza de otras rocas precipitadas químicamente, apunta a una deposición en áreas donde hay poca afluencia de sedimentos detríticos (como agua de río cargada con partículas de limo y arcilla). [25] Las impurezas presentes incluyen pirita autóctona y hematita, formadas en los sedimentos después de que se depositaron, además de trazas de minerales detríticos. [8]
El agua de mar contiene típicamente entre 0,01 y 11 partes por millón (ppm) de sílice, siendo alrededor de 1 ppm lo típico. Esto está muy por debajo de la saturación, lo que indica que la sílice normalmente no puede precipitarse del agua de mar a través de procesos inorgánicos. En cambio, la sílice es extraída del agua de mar por 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 por año en los océanos del mundo. [27] Las diatomeas pueden duplicar su número ocho veces al día en condiciones ideales (aunque duplicarse 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 "blindando" 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 queden enterrados, formando un lodo silíceo que contiene entre un 30% y un 60% de sílice. Por lo tanto, los sílex estratificados suelen estar compuestos principalmente de restos fósiles de organismos que secretan esqueletos de sílice, que suelen alterarse por disolución 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. Esta se transforma gradualmente en ópalo-CT, una forma microcristalina de sílice compuesta principalmente de cristales en forma de láminas de cristobalita y tridimita . [29] Gran parte del ópalo-CT toma la forma de lepisferas , que son grupos de cristales en forma de láminas de aproximadamente 10 micrones de diámetro. [30] El ópalo-CT a su vez se transforma en microcuarzo. En aguas oceánicas profundas, la transición a ópalo-CT ocurre a una temperatura de aproximadamente 45 °C (113 °F), mientras que la transición a microcuarzo ocurre 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]
Hay evidencia de que la variedad de sílex llamada porcelanita , que se caracteriza por un alto contenido de ópalo-CT, recristaliza a profundidades muy superficiales. [29] La Novaculita Caballos de Texas también muestra signos de deposición en aguas muy someras, incluyendo estructuras sedimentarias de aguas someras y pseudomorfos de evaporita , que son moldes de cristales de minerales solubles que podrían haberse formado solo en condiciones cercanas a la superficie. Esta novaculata parece haberse formado por reemplazo de pellets fecales de carbonato por sílex. [21]
Los cherts estratificados se pueden subdividir aún más según los tipos de organismos que produjeron los esqueletos de sílice. [23]
El sílex de diatomeas consiste en capas y lentes de diatomita que se convirtieron durante la diagénesis en sílex denso y duro. Se han reportado capas de sílex de diatomeas marinas 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 en adelante. [31]
La radiolarita está formada principalmente por restos de radiolarios. Cuando los restos están bien cementados con sílice, se conocen como sílex de radiolarios . [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] quizás en mares de plataforma donde el afloramiento de agua oceánica profunda rica en nutrientes sustenta una alta productividad orgánica. [22] Los radiolarios dominaron la extracción de sílice del agua de mar antes del Jurásico. [34]
La espicularita es un sílex compuesto por espículas de esponjas vítreas y otros invertebrados. Cuando está densamente cementada, se la conoce como sílex espicular . Se la encuentra asociada con areniscas ricas en glauconita , pizarra negra , calizas ricas en arcilla , fosforitas y otras rocas no volcánicas típicas del agua a unos cientos de metros de profundidad. [33]
Algunos sílex estratificados parecen carentes 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 que el cuarzo eólico es una fuente de sílice para los lechos de sílex. [37] Los sílex estratificados 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 una intensa actividad volcánica o a la falta de organismos modernos que eliminen la sílice del agua de mar. [38]
El sílex nodular es más común en la piedra caliza, pero también se puede encontrar en las lutitas [38] y las areniscas. [25] Es menos común en la dolomita . [1] El sílex nodular en las rocas carbonatadas se encuentra como nódulos ovalados a irregulares . Estos varían en tamaño desde partículas de cuarzo en polvo hasta nódulos de varios metros de tamaño. Los nódulos se encuentran más típicamente a lo largo de los planos de estratificación 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 estratificación, donde el sílex 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 sílex secundario, que probablemente se formó al mismo tiempo que el nódulo. Ocasionalmente, se encuentran fósiles calcáreos que han sido completamente silicificados. [25] Cuando el sílex se encuentra en tiza o marga , generalmente se le llama pedernal . [8]
El sílex nodular suele ser de color oscuro. [25] Puede tener una corteza erosionada de color blanco que en arqueología se conoce como corteza .
La mayoría de los nódulos de sílex 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 donde el agua meteórica (agua derivada de la nieve o la lluvia) se mezcló con agua salada en los lechos de sedimentos, donde el dióxido de carbono quedó atrapado, produciendo un ambiente sobresaturado con sílice y subsaturado con carbonato de calcio. [1] El sílex nodular es particularmente común en los entornos de la plataforma continental. [38] En la Cuenca Pérmica (América del Norte) , los nódulos de sílex y los fósiles chertificados son abundantes en las calizas de la cuenca, pero hay poco en la zona de acumulación de carbonato en sí. Esto puede reflejar la disolución del ópalo donde el carbonato se está depositando activamente, una falta de organismos silíceos en estos entornos o la eliminación de esqueletos silíceos por fuertes corrientes que redepositan el material silíceo en la cuenca profunda. [39]
La sílice presente en el sílex nodular probablemente precipita como ópalo A, en base a las bandas internas en los nódulos, [39] y puede recristalizar directamente en microcuarzo sin recristalizar primero en ópalo CT. [38] Algunos sílex nodular pueden precipitar directamente como microcuarzo, debido a los bajos niveles de sobresaturación de la sílice. [25]
Las formaciones de hierro bandeado de la era Precámbrica están compuestas por capas alternas de sílex y óxidos de hierro . [40] [41]
Los cherts no marinos pueden formarse en lagos alcalinos salinos como lentes delgadas o nódulos que muestran estructuras sedimentarias sugerentes de origen evaporítico . Dichos cherts se están formando hoy en día en los lagos alcalinos del Valle del Rift de África Oriental . [42] Estos lagos se caracterizan por 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 en los lagos reducen el pH y precipitan los inusuales minerales de silicato de sodio magadiita o kenyaita . Después del enterramiento y la diagénesis , estos se alteran al chert de tipo Magadi. [39] La Formación Morrison contiene chert de tipo Magadi que puede haberse formado en el lago alcalino T'oo'dichi'. [43]
El sílex también puede formarse a partir del reemplazo de calcreta en suelos fósiles ( paleosoles ) por sílice disuelta de los lechos de ceniza volcánica suprayacentes . [44]
La naturaleza criptocristalina del sílex, combinada con su capacidad superior a la media para resistir la erosión, la recristalización y el metamorfismo, lo ha convertido en una roca ideal para la preservación de formas de vida tempranas. [45]
Por ejemplo:
En la actualidad, el sílex tiene una importancia económica modesta como fuente de sílice (la arena de cuarzo es mucho más importante). Sin embargo, los depósitos de sílex pueden estar asociados con valiosos depósitos de hierro , uranio , manganeso , fosforita y petróleo . [57]
En tiempos prehistóricos, el sílex 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 para herramientas utilizadas en la reducción lítica , el sílex 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 clivaje . En este tipo de fractura, un cono de fuerza se propaga a través del material desde el punto de impacto, eliminando eventualmente un cono completo o parcial, como cuando una ventana de vidrio es golpeada por un objeto pequeño como un proyectil de pistola de aire . Los conos hertzianos parciales producidos durante la reducción lítica se denominan lascas y exhiben características características de este tipo de rotura, incluidas plataformas de impacto , bulbos de fuerza y, ocasionalmente, eraillures , que son pequeñas lascas secundarias separadas del bulbo de fuerza de la lasca. [58]
Cuando una piedra de sílex se golpea contra una superficie que contiene hierro, se producen chispas. Esto hace que el sílex sea una excelente herramienta para iniciar fuegos, y tanto el sílex como el sílex común se utilizaron en varios tipos de herramientas para iniciar fuego, como los yesqueros , a lo largo de la historia. Un uso histórico principal del sílex común y el sílex fue para las armas de fuego de chispa , en las que el sílex al golpear una placa de metal produce una chispa que enciende un pequeño depósito que contiene pólvora negra , disparando el arma de fuego. [2] [59]
Los cherts pueden causar varios problemas cuando se utilizan como agregados para hormigón. El chert muy meteorizado desarrolla protuberancias en la superficie cuando se utiliza en hormigón que sufre congelación y descongelación debido a la alta porosidad del chert meteorizado. La otra preocupación es que ciertos cherts experimentan 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 sílex, clasificadas en función de sus características visibles, microscópicas y físicas. [9] [10] Algunos ejemplos son:
Otros términos arcaicos menos utilizados para el sílex son pedernal y sílex. [72]
