MINERALES DE LA SILICE EN AMBIENTE SEDIMENTARIO: ESTUDIO y APLICACIONES

RESUMEN

Por MARIA ANGELES BUSTlLLO (EXPOMIN ER-82)

Los mincraks de la sílice en ambiente sedimentario (ópalo A. ópalo e-T. ópalo C. tridil11it" de baja temperatura y cuarzo a) presentan gran variedad de hábitos y texturas 4uC han tenido poca diJ'1I~i6n y de los cuales dependen muchas propiedades intcresantes 4ue posibilit"n su ,Ipli­cución en C, ll11 pO~ divc rso~.

El óp'llo ¡\ . sl ntc tizado por cieno. scn:~ vivos. es con 'lI tuyentc esencial de la d ialOll1ilil ~ su IrH lls!ormaclón (cn\'cJec IIll ICIJl O) mudi Ica las propicdades d~ és ta . LIS gemas opalinas tkben SlIS caraclcr islic"s dI' I'uene color y IISPCC(() traslúcido al tipO de ordenació n cstl1.lCtUr.tl. .:anti­dau .. le agua que cneierru y presencia dc il11pure'las. La . estruct uras Lic~cgang () los '[lcesinls rcvcstimien t(\s d .. , ' plllo C-T dan los bandeados tipo águw de Clen ,1S gemas Op<1 llmI5.

El cuarzo a con sus texturas fibrosas y criptocristalinas es fácilmentc combinablé en pcquc'",l C<ll1lldad cuando sc el;lbor<l el c1inker. Las textunts Iihr(hllS (calcedonia!.) q ue constitu­yen lah áglltas. pucdcn variar Sil porosidad y capaCidad para ab~orbcr tI rechaza l u'"es. en fun­ción dc la presencia de glóbulos de ópalo. en t re las láminll'. ) este e: UIl carácter e,encial de la tinción artificial de las ¡!,latas . La localización de cristales de cuarzo cn puntos aislados. durante el proceso de silicificación de una caliza. por ejemplo. es un factor decisivo para qUC se consti­tuya el trípoli. ro e;1 utilizada en el pulido de rocas y Illcwlcs.

A veces son minerales 4UC tienen un carácter negatl\'ll. en ciertos campos de la industlia y asÍ. cxceptuando las texturas de megacristalcs dc cuan,l. las dell1tls pr<:sentan l11ayor II mcnor reacción con los álcalis del cemento. siendo los minerales op,t1ino~ Ins más reactivos.

Dehido a que los eo loldc.s de sílice son capacl'S dc absorbcr ioncs metáliclIs. Ills minerales de la s¡licc puedl'n l'ncerrar acu n1ll11.cloncs IIltas de elementos nu·tálicos . sobre todo si aparecen en rOCJJS rclacionudas con IllOlnllcSlacioncs volcánicas . Los aspeclOs económ icos dc los mincrules de la sílice cstán considcrados en función de los depósitos de manganeso. uranio. diatllmitas. los­fatos y hierros bandeados.

INTRODueelON

Los minerales de la sílice en ambiente sedi­mentario se encuentran como co nstituyentes mayorita ri os en las rocas silíceas que se conocen con los no mbres de silex . chert , ópalo. calcedo­nias, jas pe , etc. Pueden aparecer , sin embargo, de una manera minoritaria en cas i todos los tipos de rocas sedimenta rias (calizas , dolomias, yesos , a rcillas, etc .). So n minera les que se encuentra n ta mbién en rocas ígneas y metamór­ficas , unas veces co mo subproductos de una actividad vo lcánica y o tras como consecuencia de alteraciones edáficas. En este último caso ocupan zo nas localizadas, como cavidades, grie­tas o un determinado horizonte edá fi co.

El minera l de la sílice más uni versal es el cua r­zo Q' y, a unque ha sido muy estudiado en todo tipo de rocas, en las rocas sedimentarias presenta muchos hábitos y texturas que han tenido poca difusión y de los cuales dependen muchas pro­piedades interesantes que posibilita n su aplica­ción en muy diversos campos.

Los otros minerales que constituyen las rocas silíceas sedimentarias, los podríamos clasificar como «nuevos», ya que su estudio y caracteriza-

cto n de una manera precisa ha y que situa rlo en la década de los 70. La a parición de cantidades significativas de depósitos silíceos en los sondeos del fond o marino, durante el proyect o norteame­rican o , Oeep Sea Orilling Proyect, ha s ido una de las causas principales que ha mo tivado el estudio deta llado de los minerales opalinos de la sílice.

Se ha es ta blecido para la sílice na tural hidra­tada tres grupos estructurales' bien definidos (ópalo A, ópalo C-T y ópalo e) qu e se toman como base de partida en esta ponencia (20) .

OPALO A O SILlCE SEMIAMORFA

Los difractogra mas de esta fa e ma nifiestan una subida de la línea de fond o e ntre los 6 A y 3 A aproximadamente, co n un máximo alrededor de los 4,1 A. Los datos de infrarroj os, A .TO. y dilatómetros no dan una evidencia directa que permita elucidar la estructura . La curva de absorción de infrarrojos es muy semejante a la de la tridimita, pero no se detectan los efectos de la inversión ni por A .TO. ni por dilatometría, aunque esto es normal si tenemos en cuenta la

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,

baja cristalinidad del material. Es una estructura muy abierta que encierra gran proporción de agua y que tiene cierta ordenación en capas.

En la naturaleza esta forma de sílice es esen­cialmente sintetizada por ciertos seres vivos. Dia­tomeas, radiolarios y silicoflagelados construyen esqueletos silíceos que presentan esta estructura, aunque parece que según el tipo de organismo la forma del difractograma varía (10).

En los exámenes microscópicos de los tejidos de las plantas se han identificado corpúsculos sólidos, de sílice, que se encuentran sobre las membranas, incrustadas en ella o en el interior de las células, denominándose en este caso fitoli­tos (1). Aunque es difícil determinar su estruc­tura, parece ser que son de ópalo A. Cuando las plantas mueren estos productos silíceos quedan incorporados en el suelo y se pueden producir importantes acumulaciones (11) .

El ejemplo por excelencia de la aplicabilidad del ópalo A sintetizado por los seres vivos, es la diatomita, que comercialmente también se ha denominado en España, Trípoli y Kieselgur, exis­tiendo en España yacimientos de interés en Jaén, Albacete y Sevilla (7). Sus usos son múltiples en fi I trados, como absorbentes, para dar cuerpo en papel, plásticos, tejidos; en aislamientos térmicos y acústicos, como refractario; en química como producto de catálisis y fuente de sílice, etc. (ver cuadro de utilizaciones en 24).

La diatomita se forma por la acumulación de frustulas de ópalo A, pudiendo también aparecer en pequeña cantidad otros organismos silíceos como espículas de esponjas, radiolarios y silico­flagelados (Lám. 11, fig. 1) . Esta estructura de ópalo A es, sin embargo, muy inestable con el tiempo, la temperatura y, a veces, por la simple exposición aérea se transforma en ópalo C-T, y/o cuarzo (5). En ciertos casos los procesos de disolución del ópalo A de las frustulas y la pos­terior precipitación en los huecos del ópalo C-T o cuarzo (Lám. Il, fig . 2), hace que la diatomita pierda sus propiedades físicas de baja densidad y alta porosidad dejando de ser útil para muchos de sus usos.

Entre otras de las aplicaciones del ópalo hay que señalar la de los fitolites que en Asia se uti­lizan en medicina y en España en determinados ambientes rurales, para pulir.

Además del origen orgánico, el ópalo A puede también formarse inorgánicamente, en perfiles edáficos, como consecuencia esencialmente de una alteración laterítica, teniendo a veces lugar su acumulación en ciertos horizontes. Las ígneas y especialmente las volcánicas son las más apro­piadas para alojar al ópalo A inorgánico, unas veces como consecuencia de la alteración antes mencionada y otras debido a la sílice del volcanismo.

Algunos ópalos preciosos utilizados como gemas presentan esta estructura. La gran canti-

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dad de agua que encierra el ópalo A contribuye a su carácter traslúcido, pero hay variedades preciosas traslúcidas que al ser extraídas de las ro as y eSta r expues tas en tiendas con atmósfera . . seca rompen en multitud de grietas.

OPALO C-T, OPALO C y TRIDIMITA

El difractograma típico del ópalo C-T muestra una reflexión intensa próxima al pico de gran intensidad de la cristobalita {3 y otra más débil que aparece en la posición de uno de los picos más intensos de la tridimita. Es decir, una varía entre 4,05 y 4, II A y otra, alrededor de los 4,30 A (fig. J).

_-++""',L--__ C

u \",--. __ T

CT Fig. 1. Dirractogramas representativos del ópalo e, tridimita

y ópalo CoTo Según AZIZUKI y SHIMADA (1979).

Se piensa que esto puede ser indicativo de una cristobalita con varios grados de desorden (13) . Este desorden quedaría marcado por la aparición de un pico atribuible a la tridimita (4,30) y por la desviación del correspondiente a la cristobali­ta {3. Se ha hablado cn ocasiones de interestrati­ficados de cristobalita y tridimita. A veces los difractogramas sólo representan la reflexión de la cristo balita y se denomina simplemente ópalo C, como una nueva ordenación estructural.

Sus propiedades mineralógicas han sido inves­tigadas por difracción de rayos X, análisis tér­mico, análisis por infrarrojo y análisis dilatomé­trico (20) . En microscopía óptica el ópalo C-T aparece de dos formas : unas veces masivo consti­tuyendo la masa general de la roca y otras fibro­radial en cementos (4 ,6) (Lám. 11, figs. 3 y 4). En ambos casos presenta las características ópticas de alto relieve y cierto isotropismo.

Las «fibras» observables en microscopía ópti­ca, cuando se ven por ejemplo a 5.000 aumentos

bajo «scanning» son realmente láminas hexago­nales que crecen unas junto a otras (Lám. 11, fig. 5) formando revestimientos en huecos, y cuando tienen espacio, esferas que se denominan lepies­feras (14). A veces la láminas dejan huecos vacíos entre ellas y se disponen en «casa de car­tas» (15).

Aunque se ha tomado como referencia la nomenclatura y las estructuras de ópalo defini­das por lones y Segnit, otros autores hablan de la presencia de tridimita de baja temperatura en ópalos (19, 2), siendo interesante la figura l (2) donde se expresa la diferencia entre el ópalo C-T y la tridimita de baja temperatura .

Los ópalos, en general, son utilizados como gemas y en tallas ornamentales. Las gemas se pueden clasificar de una manera sencilla en ópalo común y en ópalo hyalino . El primero , pobremente traslúcido y el segundo, traslúcido y transparente con gran variedad de colores.

Algunos autores exponen que el color es pro­vocado por la misma estructura de la cristo­balita-tridimita (26). De acuerdo con ello el enre­jado que supone la estructura de la cristobalita­tri dimita es tal que, al incidir la luz sólo se refleja una determinada longitud de onda, las otras longitudes penetran y se pierden dentro de la gema. Puesto que cada color tiene su propia longitud de onda, un solo tono o color puede retornar para ser observado. Esto está de acuerdo con la fuerte intensidad de color, que es una característica de las gemas de ópalo.

El color no sólo debe ser achacado a este fenómeno, sino también a la cantidad de impu­rezas yagua que encierra la estructura de ópalo C-T, por ser una estructura abierta y dc alta porosidad.

Los ópalos a veces presentan aspecto ban­deado, igual que les sucede a las ágatas (Lám. 1, fig. 1). Ello es debido a su génesis, es decir, este bandeado se produce cuando el ópalo se forma por sucesivas generaciones de tapizados en hu~­cos o discontinuidades de una roca . Cada envuelta o generación de ópalo C-T encierra sus propias impurezas y cantidad de agua, transmi­tiendo así colores diferentes, además que de acuerdo con la teoría anterior las láminas no se disponen exactamente igual en cada tapizado y pueden reflejar la luz de una manera diferente.

Los bandeados en los ópalos no sólo se pro­ducen por este fenómeno, ya que también se observan anillos Liesengang (Lám. 1, fig. 2). Cuando sobre una roca inicial se produce un proceso de silicificación opalina puede existir una reacción-difusión entre la roca inicial y el gel de sílice, formándose como consecuencia ban­deados de un producto mixto del gel de sílice y la roca inicial. Así, por ejemplo, en las experien­cias de laboratorio hechas con nitrato de plata NOJAg y un gel de dicromato potásico (Cr20 7K2) el precipitado en bandas concéntricas

es de dicromato de plata (Ag2Cr20 7). Las preci­pitaciones periódicas son controladas por un proceso de difusión iónica rítmica y la anchura del bandeado varía exponencialmente. Cambios en la temperatura y en la concentración de iones afectan al proceso de difusión y a la anchura de los anillos (12).

Otro tipo de ópalo ornamental de característi­cas diferentes es el xilópalo . Este se produce cuando troncos de árboles son silicificados por disoluciones ricas en sílice y la estructura del tronco persiste después de la silicificación obser­vándose sus células e incluso los anillos de cre­cimiento. Con el tiempo el ópalo se transforma en cuarzo, pero la estructura vegetal suele seguir observándose (Lám. 11, fig. 6).

CUARZO O!

En ambiente sedimentario presenta diferentes hábitos y texturas, como se observa en el siguiente cuadro.

Cuando son observables los cristales de cuarzo éstos pueden tener forma y tamaño variable, siendo el tamaño de cristal un factor interesante de analizar. Se ha demostrado que aquellos silex que poseen cuarzo criptocristalino reaccionan y se combinan fácilmente, aportando sílice cuando entran a formar parte del material que se mezcla en la elaboración del clinker. Sin embargo aque­llos que están formados por megacristales de cuarzo (Lám. 111, figs . I y 2) a las temperaturas usuales de elaboración del c1inker les cuestil reaccIOnar .

Las estructuras fibrosas (Lám. 11, fig. 3), que en general podemos denominar calcedonias, están formadas realmente por láminas cuando se observan «en scannlng» a altos aumentos (= 5.000) (Lám . I1I, figs. 4 y 5). El espacio entre las láminas puede estar ocupado por pequeños glóbulos que son atribuibles a ópalo (Lám. I1I, fig. 5) y que, por lo tanto, encierran una deter­minada cantidad de agua e impurezas. Además del agua e impurezas incluidas en los glóbulos, el espacio entre las láminas implica, en muchos casos, cierta porosidad que a su vez puede ser rellenada por muchos tipos de soluciones con diferentes iones , e incluso materia orgánica.

Las gemas de la familia del cuarzo son de gran importancia comercial porque no suponen pre­cios excesivos y tienen altas tasas de venta . Las 'texturas de cuarzo de tamaño de cristal pequeño y las fibrosas, constituyen aquellas variedades de gemas que, aunque no son transparentes, mani­fiestan gran variedad de colores, tonalidades y aspectos (Lám. 111, figs . 3, 4, 5 y 6) . Las formas fibrosas o calcedonias son las constituyentes fundamentales de las ágatas, pero también pue­den aparecer cristales diferenciables a simple vista (Lám. 1, fig. 4).

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TEXTURAS DE CUARZO EN ROCAS SILlCEAS SEDIMENTARIAS (microscopía óptica)

En mosaico, según el tamaño del cristal 1

Megacristalino > 35 ¡J.

Microcristalino < 35 ¡J

Criptocristalino = Prácticamente indeterminables Cristales individualmente observables en lámina

delgada

Con otras disposiciones ) Rosetas Anillos

Cristales individualmente no dis tinguibles , con o rgani zación fibra-radial (ca\cedonias) 1

Ca\cedonita - Elongación negativa Quartzina - Elo ngación positiva Lutecita - El ongación positiva

Otras formas complejas - Combinan elongación positiva y negativa

Cada bandeado de un ágata suele correspon­der a uno o varios tapizados de texturas fibrosas de cuarzo (normalmente calcedonita), pudiendo existir también tapizados de ópalo C-T, sobre todo en la parte exterior del ágata (Lám. 1, figura 5) .

En cada tapizado el espacio entre las láminas es posible que englobe mayor o menor número de glóbulos de ópalo, por lo que la porosidad varía. Según recientes investigaciones este ópalo afecta al carácter traslúcido, al índice de refrac­. 'ión, al peso específico de la calcedonia e ir,c1uso, a la capacidad de ésta para absorver o rechazar iones u otras impurezas de las disolu­cio ,'1es. Cada bandeado entonces, tiene un color distinto en función de la cantidad de ópalo que puede encerrar y en función de la porosidad que es susceptible de ser ocupada por disoluciones de diferente naturaleza.

La porosidad de la calcedonia es un factor interesante de considerar cuando se trata de crear piezas teñidas artificialmente. La diferente permeabilidad de una banda o tapizado de cal­cedonias es debida a la combinación del tamaño de la lámina (scanning) o fibra de cuarzo (microscopía óptica) y a la cantidad de ópalo existente entre ellas.

Los métodos de tinción son practicados desde la época de los romanos. Aunque éstos varían, en general consisten en calentar las calcedonias para extraer el agua atrapada entre los poros y después introducirlas en un baño que contenga los agentes de tinción necesarios. Existen muy diversas técnicas de tinción. Así, por ejemplo, las cornalinas artificiales se obtienen introduciendo la calcedonia en una solución de nitrato de hie­rro, y después calentando para descomponer el nitrato en óxidos que dan un color rojo intenso.

Debido a que la porosidad puede ser muy variable, no todas las caIcedonias son apropiadas para la tinción, siendo éste un factor interesante a medir, antes de realizar la tinción. Los colores de tinción que se obtienen son rojo, verde, ama­rillo y azul (23).

El ágata iris, en la pieza de mano, es simple-

mente traslúcida, sin color; pero una lámina del­gada pulida provoca los colores del arco iris cuando se sostiene delante de la luz. Una de las explicaciones que se da a este fenómeno es que esta ágata está constituida por la alternancia de tapizados muy finos de calcedonia, con bajo y alto índice de refracción, posiblemente por varia­ciones del contenido en ópalo entre las láminas. Debido a ello se duplica el enrejado de difrac­ción y se produce el desdoblamiento de la luz.

Existen muchas .variedades de gemas de la familia del cuarzo: jaspes (Lám. 1, fig. 6), fósiles silicificados, que aquí no consideramos, ya que su carácter como gema no se deriva directamente de los minerales silíceos, sino que influyen como factores decisivos la génesis de la roca y el pro­ceso de silicificación .

Otras veces es interesante en el cuarzo er, m4s que la forma, hábito o textura de los cristales , simplemente el modo en que aparecen y su loca­lización. Un ejemplo práctico de esto lo consti­tuye el trípoli, roca utilizada principalmente para el pulido de rocas y metales. Hay varias génesis para esta roca, una de ellas consiste en que el cuarzo se produce sustituyendo a una caliza en puntos independientes, de tal manera que las tex­turas del cuarzo presentan sólo pequeños puntos de contacto entre sí, estando el espacio ' entre ellos ocupado por la caliza (Lám. IlI, fig. 6). La alteración posterior de esta caliza provoca su desaparición y crea una roca únicamente de cuarzo, con alta porosidad.

Anteriormente, se ha señalado el carácter negativo que tenía en las diatomitas el proceso de envejecimiento o transformación de las for­mas opalinas a cuarzo. Sin embargo, a veces el que las texturas de cuarzo hayan tenido un pre­cursor opalino, las hace aptas para englobar cier­tos elementos de interés, como es el uranio. Exis­ten referencias sobre la existencia de uranio en calcedonias (28) y se admite que el uranio es incorporado en el gel de sílice, posiblemente a tra vés de un mecanismo de adsorción (21). En la deshidratación del gel el uranio queda atrapado, permaneciendo después del envejecimiento.

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Por lo tanto, el estudio del proceso de enveje­cimiento con el seguimiento del comportamiento de las impurezas en las diferentes es tapas de transformación puede aportar importantes datos que se utilizarían como criterios de prospección.

Debido a que los coloides de sílice son capaces de absorber iones metálicos (27), cuando los minerales de la sílice se constituyen en medios ricos en estos iones pueden encerrar una alta proporción de ellos. Tal es el caso de ls rocas silíceas de cuencas marinas restringidas que tie­nen un vulcanismo asociado y que por presentar valores de acumulación de elementos metálicos altamente anómalos son los primeros objetivos de exploración (8).

OTROS ASPECTOS DE INTERES

El estudio de los minerales silíceos en los últi­mos años se ha realizado no sólo por su aporta­ción positiva, es decir, por su aplicabilidad directa, sino por su carácter negativo en ciertos campos de la industria, como son los cementos. Los minerales de la sílice, especialmente los opa­linos, reaccionan con los álcalis del cemento. Esto quedó demostrado por experiencias de laboratorio (16) donde diferentes minerales de la sílice se embebieron en pasta de cemento que contenía Na radiactivo. Al analizar autorradio­grafías de las muestras preparadas se observó que cuando se había introducido en el cemento partículas de megacristáles de cuarzo no había signos de acumulación radiactiva, incluso des­pués de tres meses de almacenamiento a 110°F, mientras que las que contenían ópalo mostraban una considerable acumulación, aún después de una sola semana.

Las muestras que contenían cuarzo micro y criptocristalino presentaban, sólo a veces, una ligera acumulación de temperatura ambiental, pero después de tres meses todas ellas manifesta­ban signos de reactividad superficial. El tamaño del cristal de cuarzo es un factor importante. Por encima de 10 ¡;. las reacciones o no existen o son muy pequeñas, por debajo son considerables.

La proporción de estos minerales también influye y aSÍ, ciertos autores hablan de que el chert para originar problemas tiene que superar el 20 % del árido tamaño canto y ellO % del árido tamaño arena (17).

En general, el uso de materiales de construc­ción que contengan minerales silíceos puede plantear problemas y debe hacerse siempre test o pruebas apropiadas para determinar su compor­tamiento (18).

Por último, señalar que en los proyectos de la UNESCO se han definido los aspectos económi­cos de las rocas silíceas sedimentarias en relación a:

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Depósitos de manganeso (9). Uranio (28). Diatomitas. Minerales de la sílice y petróleo (3) . Fosfatos (25). Hierros bandeados (22).

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33

,

:::11111 jlllIjllrl,n:llllill'iIII"lIllloll:I¡lillill';!i 1I ! !

7 B g ., 11 12 13 14

I.AMINA I

I·i~. 1.

Fig. 2.

Fi~. 3.

I·ig. 4. cuarzo.

Conjunto de bandeados opalinos a modo de ágata. Ejemplar del Museo de Ciencias Naturales. Madrid. Opalo (bandeados oscuros) y sepiolitas (bandeados d~ros) constituyendo anillos Liesegang. A~ata. Ejemplar del Museo de Ciencias Naturales. Madrid. Agala en la Que se puede visualizar los cristales de

Ejemplar del Museo de Ciencias Naturales. Madrid.

2

Fig. 5. Especie de ágata Que presenta en el exterior y centro ópalo C-T (bandeado y esferas de color blanco). En los reves­timientos interiores se advierten cristales de cuarzo. Ejemplar del Museo de Ciencias Naturales. Madrid. Fig. 6. Jaspe. Su morfologia es consecuencia de procesos de disolución y cementación de la roca, independientemente de los minerales. Ejemplar del Museo de Ciencias Naturales. Madrid. "

.'

LAMINA 11 (texturas opalinas)

Fig. l. Fig.2.

Fig.3.

Diatomita. Microscopía óptica. Nícoles paralelos. Diatomita donde los frustulas están disueltos y se ha cementado el espacio entre ellas. Scanning.

Opalo C-T en revestimiento de huecos (R). Microsco­pía óptica. Nícoles paralelos.

FiJ:!. 4. Fil.:. 5. Fig.6.

Idem. Nícoles cruzados. Láminas constituyentes del ópalo C-T. Scanning. Xílopalo. Se observa perfectamente la estructura \'ege­tal. Microscopía óptica. Nícoles paralelos.

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LAMINA 111 (texturas de cuarzo)

Fig. l. Silex de megacristales de cuarzo en mosaico. Micros­copía óptica. Nícoles cruzados.

Fig. 2. Megacristales de cuarzo con disposición en roseta. Microscopía óptica. Nícoles cruzados.

Fig. 3. Texturas fibrosas de cuarzo (calcedonita). Microscopía óptica. Nícoles cruzados.

Fig. 4. Fig . 5.

Fig.6.

Las fibras son realmente láminas. Scanning. , Glóbulos entre las láminas de las calcedonias. Repro- -ducción de fotos publicadas por ARBEY (1979). Cuarzo (zonas claras) sustituyendo en puntos aislados a una caliza. Precursor de un tripoli. Microscopía óptica. Nico les cruzados.

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