Moganitas

Journal of Iberian Geology 2002,28,157-166   ISSN: =378-102X

M.A.BUSTILLO

Aparición y significado de la moganita en las rocas de la sílice: Una revision

Ocurrence and significance of the moganite in silica rocks: 

A review Moganite (formerly SiOrG) is a novel monoclinic silica polymorph and is a widespread distribution component in microcrystalline silica rocks. The identification of moganite in the presence of a large proportion of quartz is difficult by microscopy or other usual mineralogical methods. Rietveld refmements of powder X-ray diffraction or a position-sensitive detector system allows identification and quantification by XRD. Raman and NMR analysis also provides a measure of moganite content and the micro-Raman permits their spatial varia- tion in the microcrystalline textures to be known. The results obtained indicate that moganite occurs as a metastable phase that transforms to quartz, if sufficient time or a change in ambient conditions are produced. The general diage- netic sequence of the silica rocks used at the present (opal A ~ opal CT ~ quartz) must be revised because moganite is part of the opaline maturation sequence.

Moganite is abundant in arid environments, this is probably due to the lack of water available to support the dissolution of moganite and the simultaneous precipitation of quartz. More data about the moganite in evaporitic environments may determine special kinds of sulphate or alkaline environments. Moganite is absent in weathered and hydrothermally altered silica rocks.

Keywords: moganite, identification techniques, maturation sequence, arid environments.

Area Museo Nacional de Ciencias Naturales. CSIC. 

Jose Gutierrez Abascal 2. Madrid 28006. Fax: 915644740.

 E-mail: abustillo@mncn.csic.es

La moganita, inicialmente denominada sflice-G, es un nuevo polimorfo monoclinico de la silice, que aparece en la mayoría de las rocas silíceas micro- cristalinas. Su caracterizacion no ha sido posible hasta hace pocos años, porque con los metodos usuales de identificacion mineralogica, como son la difraccion de RX sobre muestra de polvo y la microscopia óptica, permanecía enmascarada por el cuarzo. Actualmente, trabajar con refinamiento de Rietveld o utilizar nuevos detectores en los equipos de DRX facilita su identificación. Otras técnicas que pueden detectar tambien este polimorfo son la resonancia magnetica nuclear y la espectrometría Raman. El análisis micro-Raman, permite ademas comparar su presencia en diferentes texturas microcristalinas de la sílice.

Aunque existen pocos datos sobre la presencia de esta fase en las rocas de la sílice, se sabe ya que la moganita es una fase metaestable que se puede transformar a cuarzo si hay suficiente tiempo o hay cambio en las condiciones. Por lo tanto la secuencia diagenética general de envejecimiento de las rocas de la sílice (opalo A --+ opalo CT --+ cuarzo) esta en revisión, porque la moganita presenta una posición intermedia entre las fases opalinas y el cuarzo. La moganita es más abundante en las rocas de la sílice formadas en ambiente arido. La falta de agua propicia que esta fase no se disuelva y no se transforme en cuarzo. En los ambientes evaporíticos, la moganita va a permitir diferenciar tipos especiales de ambientes sulfatados y alcalinos. La moganita desaparece durante los procesos de alteracion superficial o hidrotermal.

Palabras clave: moganita, tecnicas de identificacion, envejecimiento, ambientes aridos.

Introducción:

Los depositos de ignimbritas cercanos a la localidad de Mogan (Gran Canaria), aparecen afectados por un conjunto de grietas y huecos, cuyos rellenos (Fig. la), estudiados inicialmente por Harke et al. (1976), revelaron la presencia de una fase silicea no conocida, que fue llamada "silica G". Posteriormente despues de numerosos analisis químicos, datos de difraccion de rayos X, y microscopía electronica con difracción de electrones, Harke et al. (1984), proponen que se trata de un nuevo mineral, que denominan Moganita. Tras varios años de discusión sobre si debería ser aceptado como un nuevo polimorfo, ha sido finalmente reconocido como tal por el New Minerals Committee de la IMA (99-035). La estructura cristalina de este polimorfo fue definida por Miehe y Graetsch (1992), despues de diferentes estudios de DRX con refinamiento de Rietveld, difracción de electrones y TEM, fundamentalmente, y se deriva de la estructura del cuarzo. La estructura esta construida par capas alternativas de pIanos (1011) de cuarzo destrogiro y levogiro que corresponden a una ley periodica de macla del Brasil a escala de la celda unidad.

Despues de su caracterización en 1984, esta fase, considerada minoritaria y restringida, es motivo de algunos estudios sin concederle la importancia que se merece hasta que Heaney y Post (1992) realizan un estudio sistematico de mas de 150 muestras de silex y calcedonias de la coleccion de minerales del Museo de Historia Natural de Nueva York. Estos autores encuentran que la mayoría de las muestras tienen entre un 5 y un 80% de moganita, no apareciendo, sin embargo, en las muestras que estaban alteradas en superficie o por fluidos hidrotermales. Desde su caracterizacion se ha descrito la presencia de Moganita asociada con cuarzo, y mas raramente con opalo, en ambientes geológicos diferentes: rellenos de grietas en rocas volcanicas, agatas, silcretas (Fig. 1b), silex microcristalinos, depositos hidrotermales ... etc. La moganita es un polimorfo tan frecuente que se puede decir que aparece en todas las rocas de la sílice, siendo la excepcion aquellas constituidas unicamente por cuarzo macrocristalino. La razon de que no fuera conocido este polimorfo hasta hace pocos años se debe a que aparece en cantidades que no suelen sobrepasar el 20% del total de la roca y a que siempre esta asociado con el cuarzo que enmascara su presencia. Su identificacion pudo ser realizada por primera vez en Mogan porque allí, en las grietas de las ignimbritas, su riqueza llega en ciertos puntos al 85%.

El objetivo de este trabajo es hacer una revision de los datos existentes sobre este polimorfo hasta el momenta actual, considerando las tecnicas mas apropiadas para su identificación y el ambiente de formación. Se analiza tambien la repercusion que tiene su descubrimiento en la petrología de las rocas de la sílice, ya que va a ser necesario la modificación de los modelos diageneticos.

Características microscópicas

En lamina delgada la moganita no tiene ni texturas ni forma de aparición precisas. Se asemeja a las texturas microcristalinas y a las texturas fibrosas del cuarzo (calcedonias). Cuando aparece en forma de texturas fibrosas, frecuentemente estas son "length- slow" (elongacion positiva; Harke et al., 1984). En Mogán predominan las texturas muy microcristalinas y las formas fibrosas "length- slow" muy pequefias, apareciendo una birrefringencia estriada generalizada (Fig.lc) que se ha descrito tambien en determinadas silcretas con moganita (Fig. Id y Bustillo, 2001). Heaney y Post (1992) consideran que la moganita es un redescubrimiento de la lutecita, pero esto no es exacto. En este sentido hay que sefia- lar que aunque existe silex con lutecita en silicificaciones de yesos (Figs. Ie y Id) que manifiestan moganita en los difractogramas, como es el caso de los silex de Jumilla (Bustillo et at., 2000), hay localidades donde ha sido encontrada la moganita en importantes proporciones y no aparece la lutecita.

Identificación de la Moganita

Obtener la mejor forma de identificación y cuantificación de Moganita esta todavía en estudio. La difracción de RX, la resonancia magnetica nuclear y la espectrometria Raman han sido las tecnicas mas utilizadas (ver Figs. 2 a y b Y Bustillo y Garda, 2001).

DIFRACCIÓN DE RAYOS X

En los diagramas en polvo de DRX la Moganita no queda patente porque los picos mas importantes se superponen a los del cuarzo, y solo puede ser identificada cuando se magnifican mucho los difractogramas. Solo si se trabaja con refinamiento de Rietveld se pueden detectar cantidades inferiores al 10 %, o hacer una cuantificación precisa de la proporción de Moganita. En un simple difractograma en polvo, las caracterfsticas mas relevantes son: (1) un hombro cercano al pica dominante del cuarzo a 3.34 A, (2) presencia de dos picos a 4.45 y 4.38 A adyacentes al 4.26 A del cuarzo y (3) aparición de dos reflexiones adicionales a 3.11 y 2.88 A. Ultimamente Rodges y Cressey (2001) proponen ciertas modificaciones en el detector de DRX para identificar y cuantificar rapidamente la Moganita. Estos autores comentan que mientras que con el refmamiento de Rietveld y las condiciones de trabajo usuales que implican se puede llegar a necesitar siete horas por muestra, con un nuevo detector y otra posición pueden obtenerse difractogramas de gran calidad en 20 minutos.

RESONANCIA MAGNETICA NUCLEAR

Existen pocos trabajos sobre el estudio de Moganita por esta tecnica y todavía son poco claros. Para Graetsch et al. (1994), los espectros de Si29 de moga- nita pura presentan dos picos anchos a -106.3 y -110.4 ppm con una relaci6n de intensidades entre ellos de 2.1: 1, mientras que el cuarzo ( vease tambien la calcedonia) en esta zona muestra un solo pico a -107 ppm (Fig. 2 b) La proximidad entre el pica a -107 ppm del cuarzo y el -106.3 ppm de la moganita hace que el pico mas intenso no sirva como característico y tenga que ser valorado solo el segundo. Parthasarathy et ai. (2001), describen un espectro de la Moganita algo diferente a 10 expuesto anteriormente, presentando un pica agudo a - 110 ppm y solo un hombro a -106 ppm. De acuerdo con todos estos datos, el pica a-II 0 ppm queda como preferente para la caracterizacion de moganita. Esta caracterizacion se puede hacer siempre que en las muestras no aparezca opalo porque esta fase presenta también señal en esta zona de -110 ppm.

Los espectros de resonancia magnetic a sobre el HI son tambien significati- vos. El pica mas intenso para lamoganita es muy agudo y sale proximo a 5.28 ppm., marcando este aspecto tanto los espectros obtenidos por Graetsch et ai. (1994) como los obtenidos por Parthasarathy et ai. (2001).

FIG. J.- Diferentes aspectos de la moganita. (a) Ignimbrita con un pequeno nódulo formado por cuarzo y Moganita (flecha). Muestra de mano, Mogán, Gran Canaria. (b) Capa de silex (silcreta) incluida en depósitos continentales de arcillas magnesianas. EI silex esta formado por cuarzo y moganita. Yunclillos, Cuenca de Madrid. (c) Aspecto en lamina delgada del nódulo incluido en la ignimbrita. Su textura es semejante a la de un sílex, pero llama la atención una fuerte birrefringencia estriada. Nícoles cruzados. (d) Lamina delgada de la silcreta de la foto superior donde se observa tambien la birrefringencia estriada. Nfcoles cruzados. (e) Nódulos de sílex con Moganita en depósitos yesíferos continentales. Jumilla, Murcia. (I) Lamina delgada donde se observa lutecita reemplazando a yeso (Y). Nícoles cruzados. FIG. 1.- Different features of moganite: (a) A small nodule of quartz and moganite (arrow) is included in a ignimbrite. Hand sample. Mogan, Spain. (b) Quartz and moganite constitute the stratiform layer of chert (silcrete) included in continental Mg-c1ay deposits. Madrid Basin, Spain. (c) Thin section of the nodule of the ignimbrite. The texture is alike to that of a chert but the groundmass displays a general striated parallel birefringence. (d) Thin section of the above silcrete. It also displays the striated parallel birefringence. (e) Nodular chert with moganite included in continental gypsum deposits, Jumilla, Spain. (I) Thin section of a chert in the gypsum deposits. Lutecite is the silica texture formed by replacement of the gypsum (Y).

ESPECTROMETRÍA RAMAN

En los últimos años la espectrometría Raman se ha revelado como una técnica rápida de identificación e incluso de cuantificación. El espectro Raman de la Moganita presenta los picos mas intensos en 501, 220 Y 129 cml y de ellos, el mas definitorio, es el primero (Fig. 2a). La ventaja que tiene esta técnica es que, incluso en rocas con gran riqueza en opalo, el pica a 501 cm -1 queda marcado. Si además se utiliza micro-Raman, las identificaciones son puntuales dentro de la roca, y así, en muestras donde coexisten varias texturas de la sílice, se puede estudiar como las proporciones de moganita cambian en función de la textura estudiada. En relacion a las posibilidades de cuantificación por esta técnica Kingma y Hemley (1994) con micro-Raman llegan a encontrar puntualmente un 100 % de moganita en muestras de Mogán, donde mediante DRX, con refinamiento de Rietveld, se habían encontrado valores del 80%. Los estudios realizados por Gbtze et al. (1998) sobre cuantificacion de moganita revelan que los datos que se obtienen por micro-Raman son siempre mas altos que los que se consiguen por DRX, ya que por espectroscopfa vibracional pueden ser detectados nanocristales de moganita, laminas muy pequefias de ella y pIanos cristalinos de maclas que no pueden ser reconocidos en DRX. Considerando estos aspectos, Parthasarathy et ai. (2001), apuntan que la espectrometrfa vibracional no es apropiada para la cuantificacion de moganita porque las orientaciones cristalograficas preferentes, como sucede en las calcedonias, influyen en los resultados.

CONSIDERACIONES SOBRE EL SIGNIFICADO GENETICO DE LA MOGANITA

La moganita aparece en la mayorfa de las rocas de la sílice, y por 10 tanto, en principio es independiente de la génesis o el ambiente de formación de la roca silicea. Encontramos referencias de su existencia en rocas y situaciones muy diferentes, como por ejemplo en: emanaciones hidrotermales, agatas en rocas volcanicas, corales silicificados, numerosos tipos de silex, incluso tan especiales como los del Lago Magadi (Kenia), silcretas, etc. Lo que sí parece significativo es la proporción en que se da. En la mayoria de los casos la moganita aparece en cantidades inferiores al 20% y 10que es ya mas relevante, es que aparezca con enriquecimientos superiores.

Aunque los estudios realizados hasta la actualidad son escasos, y a veces por lo tanto se valoran hechos casuales, los casos descritos en los que se ha encontrado moganita en altas proporciones son los cherts del Lago Magadi, las ignimbritas de Canarias y ultimamente en los rellenos de ciertos basaltos en la India (Parthasarathy et al., 2001).

En las ignimbritas de Canarias la moganita aparece en zonas de caliches que contienen yesos y halitas. Por otra parte, ellago Magadi, es una cuenca evaporítica con depositos de carbonatos e hidroxidos alcalinos. En los basaltos se habla tambien de ambiente evaporítico, aunque como concepto deducido. Entonces, los casos encontrados sugieren que altas actividades de alcalis, sulfatos o ambos, e incluso iones ferricos (Heaney, 1995), pueden jugar cierto papel en la precipitacion de la moganita.

De los estudios que existen sobre la aparicion de moganita, son de especial interes los realizados sobre los silex tipo magadi y los realizados sobre "sinters" síliceos porque en ambos casos se obtienen datos de rocas relativamente modernas (desde el Terciario a la actualidad) y se pueden estudiar secuencias de envejecimiento de la silice donde no han finalizado las transformaciones.

Heaney (1995), basandose en la frecuencia de aparicion de moganita y sus asociaciones, establece las siguientes hipotesis de trabajo: (i) la moganita des- aparece con la edad ya que es muy escasa 0 no existe en rocas anteriores al Cretacico, (ii) la moganita con el tiempo se transforma a quartzina, y (iii) en los medios en que se produce magadiita, puede darse la siguiente secuencia de transformaci6n diagenetica: magadiita - kenyaita - moganita - quarzina -  cuarzo.

Las propiedades cineticas y termodinamicas de la moganita obtenidas por Gislason et ai. (1997) implican que la moganita se disuelve mas rapidamente y es mas inestable termodinamicamente que el cuarzo. Ello confirma los datos de Heaney y Post (1992) de que la moganita no aparece en los silex alterados y explica su escasez en rocas con una edad superior a 100 Ma. Gislason et ai. (1997) explican ademas que la alta proporción de moganita encontrada en ambientes aridos recientes es debido a la falta de agua, que caracteriza estos ambientes y que impide disolver la moganita y reprecipitar simuItaneamente el cuarzo.

Los estudios realizados sobre "sinters" siliceos (Rodgers y Cressey, 2001) han podido precisar otros aspectos de la genesis de la moganita. Estos autores encuentran que la moganita esta presente en todos los "sinters" siliceos cuater- narios donde las fases opalinas iniciales estan parcialmente transformadas a cuarzo, y esta ausente o en muy poca cantidad en los que son terciarios. Determinan entonces que la moganita es parte del proceso de envejecimiento de la sílice opalina, y que es una fase metaestable que acaba por transformarse a cuarzo si hay tiempo suficiente o cambian las condiciones ambientales. Otro aspecto interesante encontrado por estos autores se refiere a la alteración y asf encuentran que cuando los "sinters" silfceos son de nuevo silicificados por una nueva emanaci6n hidrotermal, la moganita desaparece por alteración.

Conclusiones

1. Poder identificar y cuantificar moganita por tecnicas rapidas va a posibilitar el estudio petrológico de las rocas siliceas desde nuevas perspectivas. Los datos que se poseen en este momenta revelan que la moganita aparece preferentemente en ambiente evaporítico. En ambientes áridos recientes, define falta de agua en el momenta de su formación, y también a posteriori, impidiendose su transformación a cuarzo. Los conocimientos sobre las rocas de la silice formadas en ambiente evaporitico o alcalino van a ser los que experimenten mayores cambios, y estas rocas van a presentar nuevas posibilidades de interpretación genética, pudiendose valorar quizas la aridez de su formación.

2. Los datos conocidos apuntan que la moganita proviene de otra fase pre-cursora (magadiita u ópalo), pero no se puede descartar la posibilidad de que se forme directamente durante los procesos de silicificación.

3. Es una fase metaestable y en la evolución diagenética genérica de las rocas siliceas (ageing) ocupa un puesto intermedio entre las fases opalinas y el cuarzo. Los factores mas importantes que influyen en esta secuencia diagenética son: tiempo, temperatura, profundidad de enterramiento, e interacción roca- agua.

4. La moganita se altera tanto por procesos de alteración superficial como por procesos de alteración hidrotermal.

5. Hasta ahora, los datos conocidos revelan que la moganita aparece en la mayoría de las rocas de la sílice de "grano fino" en un porcentaje que varia entre el 10 y el 80 %, pero su estudio esta comenzando, y es necesario revisar muchos tipos de rocas de la sílice para conocer la verdadera participación de la moganita en su genesis y diagenesis.

Este trabajo ha sido financiado por el proyecto PB98-0668-C02-01. Mi agradecimiento a los Drs. Alfredo Aparicio y Vicente Arana del Museo de Ciencias Naturales, y Francisco Heman de la Universidad de La Laguna, Tenerife, por haber puesto a mi disposici6n muestras procedentes de Mogan. As! mismo mi agradecimiento a Roberto Garda del Museo de Ciencias Naturales por haber compartido conmigo la problem<itica de la caracterizaci6n de la moganita por las tecnicas comentadas.

BUSTILLO,M.A. (2001): Cherts with moganite in continental Mg-clay deposits: an example of false Magadi-type cherts, Madrid Basin, Spain. Journal of Sedimentary Research, 71: 436-443.

BUSTILLOM, .A., GARCIA,R. (2001): Tecnicas de identificaci6n de moganita, un nuevo polimorfo de la sflice de amplia distribuci6n. Boletfn de la Sociedad Espanola de Mineralogia, 24A: 25-26.

BUSTILLO,M.A., ARIAS c., VILAS, L. (2000): Silicificaci6n y paleokarstificaci6n en dep6sitos evaporfticos continentales (Hoya de la Sima, Jumilla). Geotemas, 1(3): 209- 212.

FLORKE,O.W., JONES,J.B., SCHMINCKEH, .U. (1976): A new microcrystalline silica from Gran Canaria. Zeitschrift fur Kristallographie, 143: 156-165.

FLORKE,O.w., FLORKE,U., GIESE,U. (1984): Moganite. A new microcrystalline Silica-Mineral. Neues Jahrbuch fur Mineralogie Abhandlungen. 149: 325-336.

GISLASON,S.R., HEANEY,PJ., OELKERS,E., SCHOTT,J. (1997): Kinetic and thermodynamic pro- perties of moganite, a novel silica polymorph. Geochemica and Cosmochimica Acta, 61:1193-1204.

GOTZE,J., NASDALA,L., KLEEBERG,R. (1998): Occurrence and distribution of "moganite" in agate/chalcedony: a combined micro-Raman, Rietveld, and cathodoluminescence study. Contribution of Mineralogy and Petrology, 133: 96-105.

GRAETSCH,H., TOPALOVIC,1., GIES, H. (1994): NMR spectra of moganite and chalcedony. European Journal of Mineralogy, 6: 459-464.

HEANEY,P., POST,J.E. (1992): The widespread distribution of a novel silica polymorph in microcrystalline quartz varieties. Science, 255: 441-443.

HEANEY,P. (1995): Moganite as an indicator for vanished evaporites: a testament reborn? Journal of Sedimentary Research, 65: 633-638.

Journal of Iberian Geology 2002,28,157-166

KINGMA,K., HEMLEY,R.I. (1994): Raman spectroscopic study of microcrystalline silica. American Mineralogist, 79: 269-273.

MIEHE,G., GRAETSCHH, . (1992): Crystal structure of moganite: a new structure type for silica. European Journal of Mineralogy, 4: 693-706.

PARTHASARATHGY., KUNWARA, .C., SRINIVASANR,. (2001): Occurrence of moganite-rich chalce- dony in Deccan flood basalts, Killari, Maharashtra, India. European Journal of Mineralogy, 13: 127-134.

RODGERS,K.A., CRESSEY,G. (2001): The occurrence, detection and significance of moganite among some silica sinters. Mineralogical Magazine, 65: 157-167.

Recibido / Received: 8/11101 Aceptado / Accepted: 13/02/02

Journal of Iberian Geology 2002,28, 157-166