Minerales y rocas fluorescentes: Brillan bajo la luz ultravioleta

Conozca los minerales y las rocas que «brillan» bajo la luz ultravioleta

Minerales fluorescentes: Una de las exposiciones más espectaculares del museo es una sala oscura llena de rocas y minerales fluorescentes que se iluminan con luz ultravioleta. Brillan con una asombrosa gama de colores vibrantes, en claro contraste con el color de las rocas en condiciones de iluminación normal. La luz ultravioleta activa estos minerales y hace que emitan temporalmente luz visible de varios colores. Esta emisión de luz se conoce como «fluorescencia». La maravillosa fotografía de arriba muestra una colección de minerales fluorescentes. Fue creada por el Dr. Hannes Grobe y forma parte de la colección Wikimedia Commons. La foto se utiliza aquí bajo una licencia de Creative Commons.

Clave de minerales fluorescentes: Este esquema es una clave de las rocas y minerales fluorescentes de la imagen grande en color de la parte superior de esta página. Los minerales fluorescentes en cada espécimen son: 1. 1. Cerusita, Barita – Marruecos; 2. Escapolita – Canadá; 3. Hardystonita (azul), Calcita (rojo), Willemita (verde) – Nueva Jersey; 4. Dolomita – Suecia; 5. Adamita – México; 6. Scheelita – localidad desconocida; 7. Ágata – Utah; 8. Agata – Utah; 8. Tremolita – Nueva York; 9. Willemita – Nueva Jersey; 10. Dolomita – Suecia; 11. Fluorita, Calcita – Suiza; 12. Calcita – Rumania; 13. Riolita – localidad desconocida; 14. Dolomita – Suecia; 15. Willemita (verde), Calcita (verde). 15. Willemita (verde), Calcita (roja), Franklinita, Rodonita – Nueva Jersey. Eucriptita – Zimbabwe; 17. Calcita – Alemania; 18. 18. Calcita en un nódulo de Septario – Utah; 19. Fluorita – Inglaterra Fluorita – Inglaterra; 20. Calcita – Suecia; 21. Calcita, Dolomita – Cerdeña; 22. Calcita, Dolomita – Cerdeña; 22. Piedras de goteo – Turquía; 23. Scheelita – localidad desconocida Scheelita – localidad desconocida; 24. Aragonito – Sicilia; 25. Benitoita – California; 26. 26. Geoda de cuarzo – Alemania Dolomita, mineral de hierro – Suecia; 28. Desconocido; 29. Corindón sintético; 30. Polvitelita – India; 31. 31. Hialita (ópalo) – Hungría Vlasovita en Eudyalita – Canadá; 33. Calcita de chispa – México; 34. ¿Manganocalcita? – Suecia; 35. 35. Clinohidrita, Hardystonita, Willemita, Calcita – Nueva Jersey Calcita – Suiza; 37. Apatita, Diópsido – Estados Unidos; 38. Dolostone – Suecia; 39. Fluorita – Inglaterra; 40. Manganocalcita – Perú Manganocalcita – Perú; 41. Hemimorfita con Esfalerita en la ganga – Alemania; 42. Desconocido; 43. Desconocido; 44. Desconocido; 45. Dolomita – Suecia; 46. Calcedonia – localidad desconocida; 47. Willemita, Calcita – Nueva Jersey. Esta imagen fue producida por el Dr. Hannes Grobe y forma parte de la colección Wikimedia Commons. Se utiliza aquí bajo una licencia de Creative Commons.

¿Qué es un mineral fluorescente?

Todos los minerales tienen la capacidad de reflejar la luz. Eso es lo que los hace visibles para el ojo humano. Algunos minerales tienen una interesante propiedad física conocida como «fluorescencia». Estos minerales tienen la capacidad de absorber temporalmente una pequeña cantidad de luz y un instante después liberar una pequeña cantidad de luz de una longitud de onda diferente. Este cambio en la longitud de onda provoca un cambio de color temporal del mineral en el ojo de un observador humano.

El cambio de color de los minerales fluorescentes es más espectacular cuando se les ilumina en la oscuridad con luz ultravioleta (que no es visible para los humanos) y liberan luz visible. La fotografía de arriba es un ejemplo de este fenómeno.

Cómo funciona la fluorescencia: Diagrama que muestra cómo interactúan los fotones y los electrones para producir el fenómeno de la fluorescencia.

La fluorescencia en más detalle

La fluorescencia en los minerales se produce cuando un espécimen es iluminado con longitudes de onda específicas de luz. La luz ultravioleta (UV), los rayos X y los rayos catódicos son los tipos típicos de luz que desencadenan la fluorescencia. Estos tipos de luz tienen la capacidad de excitar electrones susceptibles dentro de la estructura atómica del mineral. Estos electrones excitados saltan temporalmente a un orbital superior dentro de la estructura atómica del mineral. Cuando esos electrones vuelven a su orbital original, se libera una pequeña cantidad de energía en forma de luz. Esta liberación de luz se conoce como fluorescencia. [1]

La longitud de onda de la luz liberada por un mineral fluorescente suele ser claramente diferente de la longitud de onda de la luz incidente. Esto produce un cambio visible en el color del mineral. Este «resplandor» continúa mientras el mineral sea iluminado con luz de la longitud de onda adecuada.

¿Cuántos minerales son fluorescentes a la luz ultravioleta?

La mayoría de los minerales no tienen una fluorescencia perceptible. Sólo alrededor del 15% de los minerales tienen una fluorescencia que es visible para las personas, y algunos especímenes de esos minerales no tendrán fluorescencia. [2] La fluorescencia suele producirse cuando en el mineral hay impurezas específicas conocidas como «activadores». Estos activadores suelen ser cationes de metales como: tungsteno, molibdeno, plomo, boro, titanio, manganeso, uranio y cromo. También se sabe que elementos de tierras raras como el europio, el terbio, el disprosio y el itrio contribuyen al fenómeno de la fluorescencia. La fluorescencia también puede ser causada por defectos estructurales del cristal o por impurezas orgánicas.

Además de las impurezas «activadoras», algunas impurezas tienen un efecto amortiguador sobre la fluorescencia.Si el hierro o el cobre están presentes como impurezas, pueden reducir o eliminar la fluorescencia.Además, si el mineral activador está presente en grandes cantidades, eso puede reducir el efecto de la fluorescencia.

La mayoría de los minerales presentan una fluorescencia de un solo color. Otros minerales tienen múltiples colores de fluorescencia. Se sabe que la calcita presenta fluorescencia roja, azul, blanca, rosa, verde y naranja. Algunos minerales son conocidos por exhibir múltiples colores de fluorescencia en un solo espécimen. Pueden ser minerales en bandas que muestran varias etapas de crecimiento a partir de soluciones madre con composiciones cambiantes. Muchos minerales presentan fluorescencia de un color bajo la luz UV de onda corta y de otro color bajo la luz UV de onda larga.

Fluorita: Especímenes pulidos de fluorita bajo luz normal (arriba) y bajo luz ultravioleta de onda corta (abajo). La fluorescencia parece estar relacionada con el color y la estructura de bandas de los minerales bajo luz normal, lo que podría estar relacionado con su composición química.

Fluorita: El «mineral fluorescente» original

Una de las primeras personas en observar la fluorescencia en los minerales fue George Gabriel Stokes en 1852. Observó la capacidad de la fluorita de producir un resplandor azul cuando se ilumina con luz invisible «más allá del extremo violeta del espectro». Llamó a este fenómeno «fluorescencia» en honor al mineral fluorita. El nombre ha ganado una amplia aceptación en mineralogía, gemología, biología, óptica, iluminación comercial y muchos otros campos.

Muchos especímenes de fluorita tienen una fluorescencia lo suficientemente fuerte como para que el observador pueda sacarlos al exterior, sostenerlos a la luz del sol, y luego moverlos a la sombra y ver un cambio de color. Sólo unos pocos minerales tienen este nivel de fluorescencia. La fluorita suele brillar con un color azul-violeta bajo luz de onda corta y de onda larga. Se sabe que algunos especímenes brillan con un color crema o blanco. Muchos ejemplares no presentan fluorescencia. Se cree que la fluorescencia en la fluorita es causada por la presencia de itrio, europio, samario [3] o material orgánico como activadores.

Geoda de Dugway fluorescente: ¡Muchas geodas de Dugway contienen minerales fluorescentes y producen una exhibición espectacular bajo la luz UV! Espécimen y fotos de SpiritRock Shop.

¿Geodas fluorescentes?

Puede que te sorprenda saber que algunas personas han encontrado geodas con minerales fluorescentes en su interior. Algunas de las geodas de Dugway, encontradas cerca de la comunidad de Dugway, Utah, están revestidas de calcedonia que produce una fluorescencia verde lima causada por trazas de uranio.

Las geodas de Dugway son sorprendentes por otra razón. Se formaron hace varios millones de años en las bolsas de gas de un lecho de riolita. Luego, hace unos 20.000 años, fueron erosionadas por la acción de las olas a lo largo de la costa de un lago glacial y transportadas varios kilómetros hasta donde finalmente llegaron a descansar en los sedimentos del lago. [4] Hoy en día, la gente las desentierra y las añade a las colecciones de geodas y minerales fluorescentes.

Lámparas ultravioletas: Tres lámparas ultravioletas de grado de aficionado utilizadas para la visualización de minerales fluorescentes. Arriba a la izquierda hay una pequeña lámpara estilo «linterna» que produce luz UV de onda larga y es lo suficientemente pequeña como para caber fácilmente en un bolsillo. Arriba a la derecha hay una pequeña lámpara portátil de onda corta. La lámpara de abajo produce tanto luz de onda larga como de onda corta. Las dos ventanas son filtros de vidrio grueso que eliminan la luz visible. La lámpara más grande es lo suficientemente potente como para utilizarla en la toma de fotografías. Cuando se trabaje con una lámpara de rayos ultravioleta se deben usar siempre gafas de protección contra los rayos ultravioleta.

Lámparas para ver minerales fluorescentes

Las lámparas utilizadas para localizar y estudiar minerales fluorescentes son muy diferentes de las lámparas ultravioletas (llamadas «luces negras») que se venden en las tiendas de novedades. Las lámparas de las tiendas de novedades no son adecuadas para el estudio de los minerales por dos razones: 1) emiten luz ultravioleta de onda larga (la mayoría de los minerales fluorescentes responden al ultravioleta de onda corta); y, 2) emiten una cantidad significativa de luz visible que interfiere con la observación precisa, pero no es un problema para el uso de la novedad. [5]

Gama de longitudes de onda ultravioleta

Las lámparas de grado científico se producen en una variedad de longitudes de onda diferentes. La tabla anterior enumera las gamas de longitudes de onda que se utilizan con más frecuencia para los estudios de minerales fluorescentes y sus abreviaturas comunes.

Las lámparas de grado científico utilizadas para los estudios de minerales tienen un filtro que permite el paso de las longitudes de onda UV pero bloquea la mayor parte de la luz visible que interferirá con la observación. Estos filtros son caros y son en parte responsables del alto coste de las lámparas científicas.

Ofrecemos una lámpara UV de 4 vatios con una pequeña ventana de filtro que es adecuada para examinar de cerca los minerales fluorescentes. También ofrecemos una pequeña colección de muestras de minerales fluorescentes de onda corta y onda larga.

Espodumeno fluorescente: Este espodumeno (kunzita de variedad gema) proporciona al menos tres lecciones importantes sobre la fluorescencia de los minerales. Las tres fotos muestran la misma dispersión de especímenes. La de arriba está en luz normal, la del centro en ultravioleta de onda corta y la de abajo en ultravioleta de onda larga. Lecciones: 1) un mismo mineral puede presentar fluorescencia con diferentes colores; 2) la fluorescencia puede ser de diferentes colores bajo luz de onda corta y de onda larga; y, 3) algunos especímenes de un mineral no presentarán fluorescencia.

Seguridad de la lámpara UV

Las longitudes de onda de la luz ultravioleta están presentes en la luz solar. Son las longitudes de onda que pueden causar quemaduras solares. Las lámparas UV producen las mismas longitudes de onda de luz junto con las longitudes de onda corta UV que son bloqueadas por la capa de ozono de la atmósfera terrestre.

Las pequeñas lámparas UV de pocos vatios de potencia son seguras para periodos cortos de uso. El usuario no debe mirar a la lámpara, ni dirigirla directamente a la piel, ni dirigirla a la cara de una persona o mascota. Mirar hacia la lámpara puede causar graves lesiones en los ojos. Dirigir la lámpara UV hacia la piel puede causar «quemaduras solares».

Se debe usar protección para los ojos cuando se utiliza cualquier lámpara UV. Unas gafas baratas con bloqueo de rayos UV, unas gafas de seguridad con bloqueo de rayos UV o unas gafas graduadas con bloqueo de rayos UV proporcionan una protección adecuada cuando se utiliza una lámpara ultravioleta de bajo voltaje durante cortos períodos de tiempo para el examen de muestras.

Los procedimientos de seguridad de las lámparas ultravioletas utilizadas para los estudios de minerales fluorescentes no deben confundirse con los de las «luces negras» que se venden en las tiendas de fiestas y novedades. Los «focos negros» emiten una radiación UV de onda larga de baja intensidad. La radiación UV de onda corta producida por una lámpara de estudio de minerales contiene las longitudes de onda asociadas a las quemaduras solares y a las lesiones oculares. Por ello, las lámparas de estudio de minerales deben utilizarse con protección ocular y manejarse con más cuidado que las «linternas negras».

Las lámparas UV utilizadas para iluminar grandes exposiciones de minerales o utilizadas para el trabajo de campo al aire libre tienen voltajes mucho más altos que las pequeñas lámparas UV utilizadas para el examen de especímenes por los estudiantes. Cuando se utiliza una lámpara de alto voltaje se debe llevar protección para los ojos y ropa que cubra los brazos, las piernas, los pies y las manos. [6]

Lámpara ultravioleta y minerales: La tienda Geology.com ofrece una lámpara ultravioleta barata y una pequeña colección de minerales fluorescentes. Son adecuados para el uso de los estudiantes, y la lámpara va acompañada de un par de gafas de seguridad que bloquean los rayos UV.

Usos prácticos de la fluorescencia de minerales y rocas

La fluorescencia tiene usos prácticos en minería, gemología, petrología y mineralogía. El mineral scheelita, una mena de wolframio, suele tener una fluorescencia azul brillante. Los geólogos que buscan scheelita y otros minerales fluorescentes a veces los buscan por la noche con lámparas ultravioletas.

Los geólogos de la industria del petróleo y el gas a veces examinan los recortes de perforación y los núcleos con lámparas ultravioletas. Pequeñas cantidades de petróleo en los espacios de los poros de la roca y los granos minerales manchados por el petróleo serán fluorescentes bajo la iluminación UV. El color de la fluorescencia puede indicar la madurez térmica del petróleo, con colores más oscuros que indican aceites más pesados y colores más claros que indican aceites más ligeros.

Las lámparas fluorescentes pueden utilizarse en las minas subterráneas para identificar y rastrear las rocas que contienen minerales. También se han utilizado en las líneas de recogida para detectar rápidamente las piezas de mineral valiosas y separarlas de los residuos.

Muchas piedras preciosas son a veces fluorescentes, como el rubí, la kunzita, el diamante y el ópalo. Esta propiedad puede utilizarse a veces para detectar pequeñas piedras en los sedimentos o en el mineral triturado. También puede ser una forma de asociar las piedras con una localidad minera. Por ejemplo: los diamantes de color amarillo claro con una fuerte fluorescencia azul son producidos por la mina Premier de Sudáfrica, y las piedras incoloras con una fuerte fluorescencia azul son producidas por la mina Jagersfontein de Sudáfrica. Las piedras de estas minas son apodadas «Premiers» y «Jagers».

A principios del siglo XX, muchos comerciantes de diamantes buscaban piedras con una fuerte fluorescencia azul. Creían que estas piedras parecerían más incoloras (menos amarillas) cuando se vieran bajo una luz con un alto contenido ultravioleta. Esto finalmente dio lugar a condiciones de iluminación controladas para la clasificación del color de los diamantes. [7]

La fluorescencia no se utiliza habitualmente en la identificación de minerales. La mayoría de los minerales no son fluorescentes, y la propiedad es imprevisible. La calcita es un buen ejemplo. Algunas calcitas no son fluorescentes. Los especímenes de calcita que sí son fluorescentes brillan en una variedad de colores, incluyendo rojo, azul, blanco, rosa, verde y naranja. La fluorescencia rara vez es una propiedad de diagnóstico.

Jaspe oceánico fluorescente: Esta imagen muestra algunos trozos de jaspe oceánico en volteo bajo luz normal (arriba), ultravioleta de onda larga (centro) y ultravioleta de onda corta (abajo). Muestra cómo los materiales responden a diferentes tipos de luz. Especímenes y fotos de RockTumbler.com, un sitio asociado a Geology.com.

Libros sobre minerales fluorescentes

Dos excelentes libros introductorios sobre minerales fluorescentes son: Collecting Fluorescent Minerals y The World of Fluorescent Minerals, ambos de Stuart Schneider. Estos libros están escritos en un lenguaje fácil de entender, y cada uno de ellos tiene una fantástica colección de fotografías en color que muestran minerales fluorescentes bajo luz normal y diferentes longitudes de onda de luz ultravioleta. Son excelentes para aprender sobre los minerales fluorescentes y sirven como valiosos libros de referencia.

Otras propiedades de luminiscencia

La fluorescencia es una de las diversas propiedades de luminiscencia que puede presentar un mineral. Otras propiedades de luminiscencia son:

En la fluorescencia, los electrones excitados por los fotones entrantes saltan a un nivel de mayor energía y permanecen allí durante una pequeña fracción de segundo antes de volver a caer al estado básico y emitir luz fluorescente. En la fosforescencia, los electrones permanecen en el orbital del estado excitado durante más tiempo antes de caer.Los minerales con fluorescencia dejan de brillar cuando se apaga la fuente de luz.Los minerales con fosforescencia pueden brillar durante un breve tiempo después de que se apague la fuente de luz. Los minerales que a veces son fosforescentes son la calcita, la celestita, la colemanita, la fluorita, la esfalerita y la willemita.

La termoluminiscencia es la capacidad de un mineral de emitir una pequeña cantidad de luz al ser calentado. Este calentamiento puede ser a temperaturas tan bajas como de 50 a 200 grados Celsius, mucho menos que la temperatura de incandescencia. La apatita, la calcita, el clorofano, la fluorita, la lepidolita, la escapolita y algunos feldespatos son ocasionalmente termoluminiscentes.

Algunos minerales emiten luz cuando se les aplica energía mecánica. Estos minerales brillan cuando son golpeados, aplastados, rayados o rotos. Esta luz es el resultado de la ruptura de enlaces dentro de la estructura del mineral. La cantidad de luz emitida es muy pequeña, por lo que a menudo se requiere una observación cuidadosa en la oscuridad. Los minerales que a veces muestran triboluminiscencia son la ambligonita, la calcita, la fluorita, la lepidolita, la pectolita, el cuarzo, la esfalerita y algunos feldespatos.

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