Ammonites de pirita: cómo se formaron y cómo conservarlos

Probablemente todos hayamos visto alguna vez un ammonite de pirita. Son unos fósiles increíblemente bellos por el detalle tan asombroso que muestran. En esta entrada voy a explicar cómo se formaron y qué problemas presenta su conservación. Al final daremos algunos consejos para protegerlos y evitar su deterioro.

La pirita en la naturaleza

La pirita es el sulfuro más común de la naturaleza. Su fórmula química es FeS₂ y se presenta en dos formas diferentes, pirita y marcasita. A los minerales que tienen la misma composición química pero que cristalizan en sistemas diferentes, se les denomina polimorfos.

Minerales polimorfos

Se denomina minerales polimórficos a aquellos que pueden presentarse en la naturaleza con varias estructuras cristalinas manteniendo exactamente la misma composición química.

Algunos ejemplos son el carbonato cálcico (CaCO3), que puede presentarse como aragonito que cristaliza en el sistema rómbico, o calcita que cristaliza en el sistema trigonal.

En función de las condiciones de presión y temperatura, los átomos se empaquetan de uno u otro modo que es estable en esas condiciones.

Otro ejemplo es la pirita (FeS₂) que cristaliza en el sistema cúbico y la marcasita que cristaliza en el sistema rómbico. En este caso son las variaciones de la acidez del medio (ph) las que controlan la formación de una u otra estructura cristalina.

El hecho de tener una estructura cristalina diferente les confiere propiedades distintas, como por ejemplo, solubilidad, dureza, forma o color entre otras.

Foto 1. Cristales de pirita de la mina de Navajún (La Rioja).

Centrándonos en la pirita, esta se forma tanto a altas temperaturas (rocas ígneas, fuentes hidrotermales) como a bajas temperaturas.

En las rocas sedimentarias es muy común, donde puede formarse como consecuencia de la actividad de microorganismos. Este caso es el que nos interesa puesto que es el responsable de la formación de fósiles de pirita; veamos como ocurre.

Respiración

Todos los seres vivos necesitamos llevar a cabo un conjunto de procesos químicos que se denomina metabolismo, para obtener la energía y los nutrientes que necesitamos para vivir y reproducirnos.

En la inmensa mayoría, la energía celular se obtiene mediante unos procesos celulares de oxidación-reducción que se denominan con el término «respiración». Básicamente la respiración consiste en la oxidación de la materia orgánica para obtener energía.

En función de quién sea el agente oxidante, podemos distinguir dos tipos de respiración:

• Respiración aeróbica: si utiliza el oxígeno como agente oxidante. Es el tipo de respiración que poseen todos los seres eucariotas y algunos tipos de bacterias. La reacción química de este tipo de respiración es:

C₆H₁₂O₆ (materia orgánica) + 6O₂ <–> 6CO₂ + 6H₂O + energía

• Respiración anaeróbica: cuando utiliza otro agente oxidante diferente, que puede ser el azufre, sulfatos, o nitratos entre otras sustancias. Es exclusiva de algunos grupos de bacterias y una de las ecuaciones que resume este tipo de respiración es la siguiente:

CH₃COO- (materia orgánica) + 3H⁺ + SO₄ ^2- <–> H₂S + 2CO₂ + 2H₂O + energía

Analicemos esta última reacción: significa que cierto tipo de bacterias son capaces de obtener energía a partir de la materia orgánica que hay en el substrato aprovechando los sulfatos que hay disueltos en el medio.

Por este motivo se las denomina Bacterias Reductoras del Sulfato, más conocidas por sus siglas anglosajonas como SRB. Estas bacterias son abundantes y requieren condiciones anaeróbicas para su crecimiento.

Volviendo a la ecuación anterior vemos que una de las sustancias de desecho que se forma es el ácido sulfhídrico (H₂S), y como el sulfato de hierro es el sulfato más común en la naturaleza, este ácido reacciona con los iones de hierro del ambiente y genera el sulfuro de hierro (FeS₂) que precipita en forma de pirita o marcasita según las condiciones del entorno.

Foto 2. Pleuroceras spinatum del Jurásico inferior de Bayern (Alemania). Es un molde interno que se formó cuando las bacterias reductoras del sultafo atacaron (descompusieron) la concha del ammonite.

Este tipo de pirita se denominada pirita sedimentaria; se sintetiza a baja temperatura y su tasa de formación está controlada por la cantidad y naturaleza de la materia orgánica disponible, la cantidad de sulfato disuelto y la naturaleza de los minerales de hierro en el sedimento.

En un medio marino normal, los sulfatos y los minerales de hierro son muy abundantes, por lo que la formación de pirita vendrá controlada por la cantidad de materia orgánica que queda fuera del alcance del todopoderoso oxígeno.

Cómo se forman los fósiles piritizados

Las investigaciones realizadas en sedimentos marinos actuales han mostrado que la pirita se forma en superficie o a pocos centímetros de profundidad y ya en las primeras etapas de la descomposición de la materia orgánica. Basta con que el oxígeno no llegue a la materia orgánica para que se desarrollen las bacterias anaeróbicas.

Foto 3. «Thurmanniceras» pertransiens del Cretácico inferior de las Cordilleras Béticas. Una parte de el quedó aislada del oxigeno y la anoxia propicio la descomposición anaeróbica de la concha por parte de bacterias reductoras del sulfato (lado derecho).

Si se produce a una edad muy temprana pueden preservarse incluso partes blandas del organismo, pero si la mineralización comienza en etapas más tardías, los tejidos blandos ya se habrán descompuesto y solo quedarán las partes más duras de la materia orgánica que hayan resistido a la descomposición, como conchas (formadas por carbonato cálcico) o huesos (formados por fosfato cálcico).

Alteración de los fósiles piritizados: mal de la pirita.

Desde muy antiguo se conoce la inestabilidad y degradación de la pirita, que es tan frecuente que se acuñó el término «mal de la pirita» para referirse a ello.

A pesar de que la pirita es el sulfuro de hierro más estable, se altera fácilmente en condiciones ambientales dando lugar a diversos sulfatos. Pero a pesar de su carácter inestable, se ha comprobado que no todos los fósiles se comportan del mismo modo. Las piezas formadas por cristales grandes no suelen tener problemas de estabilidad, pero las piezas formadas por agregados microcristalinos o cuando el sulfuro de hierro viene acompañado por otros minerales, sí suelen sufrir degradación.

Por tanto, existe una relación directa entre la estabilidad de los fósiles y el tamaño del grano, la textura y la presencia de otros minerales.​

Foto 4 y 5. Dos ammonites afectados por el «mal de la pirita». Han aparecido una serie de eflorescencias blanquecinas por su superficie.

¿Cómo actúan los museos?

Los grandes museos guardan en sus fondos importantes colecciones de fósiles de pirita por lo que han sido unas de las primeras instituciones preocupadas en su conservación.

Históricamente los procesos que han venido aplicando han sido los siguientes:

• Años 20 del siglo pasado. Se limpiaban las piezas para eliminar cualquier resto de la oxidación y se aislaban con lacas y resinas. Se comprobó que este método ralentizaba el deterioro, pero no lo detenía.
• Años 60 del mismo siglo. Se pensaba que la degradación de la pirita venía inducida por bacterias. Este hecho se ha había observado en la naturaleza, pero no en los cuidados ambientes de los museos. Aun así, las muestras se trataron con bactericidas hasta que se comprobó que este proceder era del todo inoperante: los fósiles de pirita seguían degradándose.
• Años 70 del siglo XX. Se pone a la humedad relativa del ambiente (HR) en el punto de mira como responsable de la degradación y comienza a cuidarse el binomio HR baja y temperatura moderada.

Se ha comprobado que la humedad relativa del ambiente es el factor decisivo. El sulfuro de hierro reacciona con el oxígeno atmosférico y con el agua dando lugar a la formación de sulfatos y en casos extremos, ácido sulfúrico.

Se ha podido constatar que los fósiles formados por cristales pequeños y expuestos a valores de HR entre el 30 y el 60% suelen alterarse.

Con valores de HR superiores al 60% existe el riesgo de que sufran un grave deterioro.

También resulta notable el hecho de que no se conozca aún un tratamiento perfecto que evite la alteración de la pirita, por lo que se sigue investigando en este campo. Solamente se consigue ralentizar el proceso, por lo que el control de los factores ambientales resulta crucial para mantener la integridad de estos fósiles.

Foto 6. Un cajón de mi colección con diversos ammonites piritizados que he ido adquiriendo en exposiciones. Algunos de ellos han empezado a alterarse debido a la humedad relativa del ambiente.

Foto 7 y 8. La textura y la mezcla de otros componentes juegan un papel crucial a la hora de que la humedad del ambiente altere a la pirita. Foto izda., dos ammonites que están en la misma caja y sin embargo uno está gravemente alterado mientras el otro ha resistido mejor las condiciones ambientales. A la derecha, otro ammonite deteriorado. En ambos casos se observa la ineficiencia de las cajas de cartón que absorben la humedad que el fósil a su vez ha absorbido del ambiente, y de este modo la mantienen y contribuyen a la degradación.

Hoy en día, en los museos prima el hecho de intervenir en los fósiles lo menos posible. Por este motivo se separan en función de su estado.

• Si el deterioro es pequeño o nulo no se aplica ningún tratamiento al fósil y se procede al control de las condiciones ambientales, sobre todo la HR.
• Pero si las alteraciones son importantes hay que aplicar un tratamiento preventivo.

Entre estos hay dos que se han mostrado más eficaces, pero puesto que solamente ralentizan el proceso, es muy importante combinar estos métodos con el de control de la HR. Son:

• El tratamiento con Tiogliocolato de etanolamina (Doyle 1984).
• El tratamiento con vapores básicos de hidróxido de amonio (Waller 1987).

Estos métodos son complejos y peligrosos ya que algunos de los productos o subproductos son cancerígenos. Su aplicación exige el uso de un laboratorio con unas medidas de seguridad importantes.

¿Cómo podemos actuar a nivel doméstico?

A nivel particular, podemos aplicar métodos más sencillos para minimizar el deterioro de nuestros fósiles.

Básicamente lo que debemos hacer es limpiar profundamente los fósiles afectados y luego confinarlos en una caja donde tengamos una humedad relativa baja y controlada. Veamos cómo podemos hacer esto.

Limpieza del fósil: inmersión en disolvente

El primer paso va a consistir en la limpieza a fondo de los fósiles dañados. Usaremos un cepillo suave y seco, y se usará etanol o acetona como disolvente (nunca el agua).

Si la pieza no amenaza la rotura se puede realizar una inmersión en el disolvente, ya que su alta volatilidad hace que se seque espontáneamente desplazando cualquier resto de agua que pudiera existir.

Foto 9 y 10. Limpieza de los ammonites afectados con acetona. Esta es muy volátil e inflamable, por lo que debe hacerse en un lugar bien ventilado. He elegido un viejo trono en mi jardín. Para retirar bien toda la parte degrada es necesario cepillar los fósiles con cepillos o pinceles suaves. El uso de guantes es muy recomendable.

Control de la humedad relativa

El segundo paso consiste en el control de la HR (lo recomendable sería un valor menor del 30%). Para ello colocaremos los fósiles en el interior de un recipiente de plástico estable como el polietileno, poliestireno o policarbonato. No debe usarse PVC y nada de cajas de maderas o recipientes de cartón que absorben la humedad ambiental.

Junto al fósil se pondrá un recipiente con un desecante que será el encargado de mantener un bajo nivel de HR. El más recomendable es el bórax (borato de sodio) que puede encontrarse con facilidad y a precio asequible. El bórax se deseca calentándolo o exponiendolo directamente al sol en un día caluroso y seco.

No es recomendable el uso de gel de sílice cobaltado ya que puede tener efectos cancerígenos.

Foto 11. El fósil ya limpio es colocado en una caja de plástico. En su interior, he depositado bórax en un pequeño recipiente (otra cajita menor abierta). Una vez colocada la tapa, el conjunto queda confinado en un ambiente de HR muy baja. Sin embargo, es necesario realizar una inspección visual de vez en cuando.

Si no es posible evitar que el lugar de almacenamiento tenga una HR elevada, los recipientes de plástico pueden sellarse. Se debe usar silicona neutra (no son válidas las siliconas «normales», pegamentos ni colas ya que los disolventes que contienen generan vapores durante el secado y posteriormente, que podrían alterar la pirita).

Las barritas termofusibles conocidas como silicona pero que en realidad son polietileno van muy bien y en el futuro se podría eliminar con facilidad mediante etanol.

Conclusiones

En un ambiente con alta humedad relativa y oxígeno abundante (bien ventilado), existe un alto riesgo de que la pirita se descomponga en sulfatos con diverso grado de hidratación y en ácido sulfúrico, que puede terminar destrozando el fósil y todo lo que haya a su alrededor.

El control sobre la humedad relativa del ambiente es la clave para minimizar el proceso de alteración de la pirita. Valores cercanos al 30% de HR es lo recomendable.

Por último, se debe hacer un seguimiento periódico de estos fósiles para comprobar su estado de conservación.

Agradecimientos

Este artículo ha sido posible gracias a la colaboración desinteresada de D. Eleuterio Baeza (conservador del Museo Geominero de Madrid (IGME)) y Dª. Silvia Menéndez (paleontóloga de dicho Museo) que atendieron en todo momento mis preguntas y me orientaron en el procedimiento a seguir.

También colaboró el doctor en microbiología D. Manuel Sánchez Angulo de la Universidad Miguel Hernández de Elche (Alicante), que amablemente me orientó en aquellos aspectos biológicos que se me escapan.

Desde estas líneas quiero expresarles mi más sincero agradecimiento.

Bibliografía:

• Baeza, Eleuterio y Menéndez, Silvia. Ammonites piritizados del Museo Geominero (IGME, Madrid). Museo Geominero. Instituto Geológico y Minero de España (IGME), C/ Ríos Rosas, 23. 28003 Madrid
• En la entrada sobre «Procesos de fosilización y tipos de fósiles» hemos hablado de la formación de los fósiles y brevemente de la piritización.
• Aquí encontraras el blog de D. Manuel Sánchez Angulo sobre temas de microbiología