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Nanominerales dan información para el estudiar el planeta

Christian Coria Gonzalez
25/nov/2013

Las pequeñas partículas minerales que existen en la Tierra son las que dirigen sus procesos físicos, químicos y biológicos, por ello, estudiar sus propiedades ayuda a comprender mejor el comportamiento de nuestro planeta.

Por tanto el investigador del IFUNAM, Jesús Arenas Alatorre junto con Luis M. Alva Valdivia, María de la Luz Rivas Sánchez, el georgiano Avto Goguitchaishvili y el brasileño Omar Ferreira Lopes, se dieron a la tarea de analizar rocas magnéticas de muestras tomadas de ocho zonas de la mina Cajati en el complejo alcalino-carbonítico de Jacupiranga, localizada en la región sudeste de Brasil.

Reportan sus resultados en el artículo "Microscopy and rock magnetism of fine grain-size titanomagnetite from the Jacupiranga Alkaline Complex, Brazil: unearthing Ti-magnesioferrite nanoparticles", publicado en la revista Geofísica Internacional del Instituto de Geofísica de la UNAM, en marzo del 2013.


Mapa de Jacupiranga, Brasil.

Arenas había colaborado en un estudio similar en la mina de Peña Colorada localizada en Minatitlán en el estado de Colima en México donde se descubrieron nanopartículas de magnetita y oro nativo en el yacimiento de hierro. El resultado de dicho estudio se reportó en el artículo "Natural magnetite nanoparticles from an iron-ore deposit: size dependence on magnetic properties", publicado en Earth Planet Space Journal el 23 de enero del 2009.

La mina de Peña Colorada es una de las más grandes productoras de hierro a nivel nacional e internacional. Al estudiar aspectos de paleomagnetismo y minerología, el equipo de Alva-Valdivia y colaboradores encontraron un comportamiento en las curvas de susceptibilidad magnética contra temperatura, y pruebas de magnetización, propio de nanopartículas magnéticas. Dicho hallazgo representó un aporte científico importante al conocimiento del yacimiento Peña Colorada, proporcionando información de frontera sobre su origen y los mecanismos ambientales que influyeron en su formación.

“Lo importante en este estudio -menciona Arenas- es la diferencia en el comportamiento de las muestras a escala nano y en volumen”. A nivel nanométrico se encuentran propiedades ópticas, catalíticas, eléctricas y magnéticas muy interesantes que no se encuentran al analizar la muestra por volumen.

Tanto en el estudio de Peña Colorada como en el de Jacupiranga la contribución del investigador del IFUNAM, fue identificar las nanopartículas de magnetita mediante microscopía óptica y microscopía electrónica en el Laboratorio Central de Microscopía del IFUNAM.

El objetivo del estudio de Jacupiranga es reportar las nanopoartículas de titaniomagnesio-ferrita (TMf) impregnadas en titaniomagnesio (TM) por análisis cristalográfico (estudio de la relación entre la composición química, la disposición de los átomos y las fuerzas de enlace entre éstos) de estructuras mediante un Microscopio Electrónico de Transmisión (TEM) de alta resolución. Con ello, se busca determinar el efecto sobre las propiedades de las rocas magnéticas y su influencia en el origen y deposición en el ambiente.

Para el proceso experimental se eligió un espécimen estándar de roca magnética de cuatro de las ocho zonas analizadas. Las cuatro muestras fueron trituradas y con ayuda de un separador magnético se obtuvieron los concentrados de partículas magnéticas de diferente tamaño de grano.

Mediante microscopía óptica y microanálisis de sonda de electrones (EPMA) se estudiaron las muestras para determinar la relación entre la composición y la textura del mineral, lo cual fue verificado después mediante difracción de rayos X (XRD) y espectroscopía Raman.

El microanálisis de sonda de electrones (EPMA) consiste en irradiar las muestras con electrones, cuyas interacciones provocan la emisión de diferentes señales, entre ellas rayos X característicos y electrones secundarios y retrodispersados que proporcionan la información de la composición química de la muestra e imagen, respectivamente.

La difracción de rayos X se basa en la dispersión del haz de rayos X por parte la materia (muestras) y permite la identificación de estructuras cristalinas. La espectroscopía Raman consiste en la dispersión inelástica (que no se deforma) de la luz monocromática, generalmente de un láser.

Como resultado de estos análisis se tiene que la caracterización petrográfica (descripción y análisis de las rocas) del complejo de Jacupiranga se define en dos tipos de rocas: carbonatita y piroxenita. En ambos tipos de rocas fue observada una sustitución de Hierro (Fe +2) por Magnesio (Mg).

Utilizando XRD se confirmó la existencia de magnesioferrita y maghemita (minerales de la clase de los óxidos), y se encontró TMf en las muestras de piroxenita. Con la espectroscopía Raman se verificó la presencia de ilmenita (un mineral débilmente magnético).

Por EPMA se definió la fórmula química y la estructura del complejo de minerales óxidos de hierro (Fe) y titanio (Ti). Se usó el nombre de TM y TMf para una fórmula estructural de Óxido de titanio (TiO2) con un contenido de hasta 12% y 14%.

Las propiedades magnéticas de la piroxenita como son: susceptibilidad magnética dependiente de la frecuencia (χ fd%), susceptibilidad magnética contra temperaturas altas (k-T), histéresis (cuando un material conserva una de sus propiedades, aún en la ausencia del estímulo que la genera) y magnetización isotérmica remanente (IRM) son las que apoyan la existencia de partículas extremadamente finas (nanométricas) que forman partículas más grandes (micrométricas).

Estas propiedades permiten identificar los minerales presentes en la muestra, calcular su concentración o volumen total con alta resolución, clasificar diferentes tipos de materiales, identificar los procesos de su formación o transporte y crear huellas dactilares ambientales para comparar y contrastar materiales.

Toda esta información ayuda a establecer la secuencia paragenética de la zona de donde se obtuvieron las muestras, es decir, el orden de cristalización de los minerales formados en el mismo espacio y tiempo; la fuente de mineralización; y las condiciones de deposición, que es el proceso termodinámico mediante el cual un gas se convierte en sólido.

De esta manera es como, mediante el estudio de los nanominerales, es posible conocer un poco más de la historia natural de nuestro planeta. En el desarrollo de este trabajo en particular, se demuestra que las nanopartículas de TMf, durante su formación, actúan como una guía genética sobre las condiciones del medio ambiente.

“La aplicaciones resultan bastante interesantes”, dijo Arenas a noticias IFUNAM, “pues debido a sus propiedades magnéticas, estas nanopartículas están presentes en dispositivos electrónicos, en tratamientos médicos e incluso como ferrofluidos en boletos del transporte como el metro.”