Dolomita

El enigma es fácil de formular. Alrededor del 30 % en masa de todos los carbonatos sedimentarios es dolomita, o la roca compuesta en gran parte por ella, la dolomía. Enormes plataformas carbonatadas de edad precámbrica a mesozoica están dolomitizadas en cientos de metros de espesor y miles de kilómetros cuadrados de extensión. Y, sin embargo, los sedimentos marinos actuales apenas contienen dolomita, que se limita a un puñado de ambientes inusuales: sabkhas, lagunas hipersalinas, tapices microbianos. En el laboratorio, además, los intentos de precipitar dolomita ordenada a temperatura ambiente a partir de soluciones con Mg y Ca fracasaron sistemáticamente durante más de dos siglos.

La prueba más famosa es la de Lynton Land. En 1998 dio a conocer el resultado de un único experimento que había mantenido, sin tocarlo, durante treinta y dos años: una solución mil veces sobresaturada respecto a la dolomita, a 25 °C. Al cabo de tres décadas no había precipitado nada de dolomita.

La barrera resulta ser cinética, no termodinámica. En solución, el magnesio lleva una capa de hidratación de seis moléculas de agua fuertemente unidas. Despojarlo de esa capa para incorporar el Mg²⁺ a una red de carbonato, y hacerlo además en capas que alternen con el Ca²⁺ para lograr el ordenamiento característico, cuesta tanta energía que el proceso se estanca a bajas temperaturas. La calcita se forma con facilidad. La protodolomita, un precursor rico en Ca y parcialmente desordenado, nuclea a veces. El mineral ordenado y estequiométrico que domina el registro rocoso antiguo, no.

Antes de 2023 se propusieron varias explicaciones; cada una daba cuenta de algunas apariciones de dolomita, pero ninguna de todas. El modelo de sabkha o de reflujo por infiltración, formalizado por Adams y Rhodes en 1960, recurre a la precipitación de yeso en llanuras supramareales para elevar la relación Mg/Ca de salmueras que se infiltran hacia abajo a través del sedimento carbonatado subyacente. La dolomitización de enterramiento a temperaturas elevadas explica los cementos de dolomita en silla de montar habituales en muchos yacimientos de petróleo y gas. A partir de la década de 1990, la precipitación mediada por microbios, demostrada por primera vez en el fango anóxico de Lagoa Vermelha (Brasil), dio un papel a la biología: las bacterias sulfatorreductoras, entre otras, parecen rebajar la barrera cinética al modificar la química superficial en la interfaz entre la célula y el mineral.

A finales de 2023, Joonsoo Kim, Wenhao Sun y sus colegas de la Universidad de Míchigan y de la Universidad de Hokkaido demostraron que la dolomita ordenada puede crecer a temperatura ambiente si la solución que la rodea oscila entre la sobresaturación y una ligera subsaturación. Combinaron simulaciones atomísticas con la observación experimental directa.

Cuando la dolomita empieza a precipitar a partir de una solución, la superficie inicial está desordenada en cuanto a los cationes: el Mg y el Ca ocupan sus posiciones en la red prácticamente al azar. Estas zonas desordenadas soportan una fuerte deformación superficial que inhibe el crecimiento posterior. Si la solución pasa entonces brevemente a estar subsaturada, las zonas desordenadas, de alta energía, se disuelven de forma preferente y dejan al descubierto el material mejor ordenado que hay debajo. Cuando vuelve la sobresaturación, el crecimiento se reanuda a partir de esta superficie más ordenada. Los ciclos repetidos (mareas, evaporación, cambios de salinidad, fluctuaciones del pH) pueden acelerar el crecimiento de la dolomita hasta en siete órdenes de magnitud respecto a las condiciones estacionarias. El equipo confirmó el mecanismo con microscopía electrónica de transmisión in situ en celda líquida y observó en tiempo real cómo crecía la dolomita tras pulsos de disolución.

El resultado encaja con los lugares donde de verdad se forma hoy dolomita natural: llanuras mareales, charcas hipersalinas, tapices microbianos, sitios donde las condiciones químicas fluctúan de forma habitual. No deja obsoletos los modelos microbiano y de enterramiento. Tanto las superficies de las células bacterianas como las temperaturas elevadas pueden producir, de forma verosímil, condiciones fluctuantes equivalentes en la superficie del cristal, y el mecanismo de disolución y recrecimiento les da una explicación común. Quizá el problema de la dolomita no esté zanjado de forma definitiva (algunos sedimentólogos siguen sin estar convencidos de que el resultado de laboratorio pueda extrapolarse a los volúmenes de dolomía del registro rocoso), pero por primera vez existe un mecanismo que une la observación en el laboratorio, la formación actual y la abundancia en el pasado.

El reconocimiento de la dolomita como mineral propio es obra de dos químicos de finales del siglo XVIII. Déodat Guy Silvain Tancrède Gratet de Dolomieu (aristócrata francés, caballero de la Orden de Malta, viajero y, con el tiempo, prisionero de guerra) recorría los Alpes del Tirol del Sur en 1788 y 1789 cuando reparó en una roca calcárea que apenas producía efervescencia con los ácidos. Publicó la observación en el Journal de Physique en 1791. Al año siguiente, el químico suizo Nicolas-Théodore de Saussure analizó la roca, identificó su composición de calcio y magnesio y la llamó dolomie en honor de Dolomieu. La forma inglesa «dolomite» entró en ese idioma en 1794.

La cordillera, los Dolomitas del noreste de Italia, tomó el mismo nombre poco después. La mayoría de sus espectaculares paredes verticales y murallas rocosas están formadas por la Dolomia Principale, conocida en alemán como Hauptdolomit: una plataforma carbonatada de edad noriense, de hasta un kilómetro de espesor, depositada en mares tropicales someros hace unos 210 millones de años. Las Tre Cime di Lavaredo están formadas sobre todo por Dolomia Principale; en la Marmolada, el macizo del Sella y muchas cumbres de los alrededores dominan la Dolomía del Sciliar (Ladiniense), más antigua, y otros carbonatos afines del Triásico Medio y Superior. La UNESCO inscribió los Dolomitas en la lista del Patrimonio Mundial en 2009, tanto por su importancia geomorfológica como porque su estratigrafía conserva plataformas carbonatadas mesozoicas, «atolones fosilizados», que registran la recuperación de los ecosistemas marinos tras la extinción masiva de finales del Pérmico.

La dolomita tiene un peso económico que va más allá de su interés científico. La dolomía es un importante árido de construcción y una roca ornamental. Calcinada a unos 1.800 °C, produce «doloma» sinterizada, un refractario básico con el que se revisten los hornos siderúrgicos. El proceso Pidgeon reduce la dolomita calcinada con ferrosilicio al vacío para obtener magnesio metálico, y la dolomita sigue siendo una de las principales materias primas de la magnesia (MgO), que se emplea en refractarios, en la agricultura y en el tratamiento ambiental. La dolomía molida, aplicada como «cal dolomítica», neutraliza los suelos ácidos y aporta el magnesio que ocupa el centro de cada molécula de clorofila.

Las dolomías albergan además una parte desproporcionada de los hidrocarburos del mundo alojados en reservorios carbonatados (la Formación Khuff, bajo la placa Arábiga; los reservorios de la cuenca Pérmica de Texas y Nuevo México; la zona Arab-D de Ghawar), porque la dolomitización tiende a aumentar la porosidad y la permeabilidad respecto a la caliza precursora. La misma litología aloja la mayoría de los yacimientos de plomo y zinc de tipo Mississippi Valley del mundo, desde el Viburnum Trend de Misuri hasta Pine Point, en los Territorios del Noroeste de Canadá. Las dolomías de casquete que recubren las sucesiones glaciares neoproterozoicas siguen siendo archivos clave para reconstruir la Tierra bola de nieve y el Evento de Oxigenación Neoproterozoico, por difícil que resulte leerlas a causa de su historia diagenética.

La dolomía construyó buena parte de los Alpes, proporciona el revestimiento refractario de la industria siderúrgica y conserva el registro carbonatado de las glaciaciones neoproterozoicas. El mecanismo por el que se forma el mineral apenas empieza a desentrañarse ahora.