Metamorfismo, Rocas Sedimentarias e Historia de la Tierra: Conceptos Clave de Geología

Metamorfismo

Metamorfismo es el conjunto de transformaciones que experimenta una roca sometida a un incremento de presión y/o temperatura, sin fusión de los materiales que la componen.

Factores del metamorfismo

• Temperatura (T): se produce al desplazarse la roca a zonas profundas, en procesos de subducción o por proximidad a una masa magmática.
• Presión (P): puede ser de confinamiento, provocando que los minerales se recristalicen en otros.
• Fluidos: circulan por los poros de las rocas y favorecen las transformaciones químicas.

Tipos de metamorfismo

Según la intensidad (grado bajo, medio o alto) y la relación entre lugar y causa, se distinguen:

1. Metamorfismo de impacto: ocurre en la zona de colisión de meteoritos sobre la superficie terrestre (altas P y T).
2. Metamorfismo de enterramiento: grado bajo, en cuencas con hundimientos.
3. Metamorfismo hidrotermal: causado por fluidos químicamente activos a alta temperatura.
4. Metamorfismo regional: se da en bordes de placas convergentes, zonas de subducción, con altas P y T.
5. Metamorfismo de contacto: se produce alrededor de una intrusión magmática por efecto de la temperatura; genera una aureola metamórfica y, en casos extremos, migmatitas.
6. Metamorfismo dinámico: se localiza en zonas de falla, por la fricción entre dos bloques y alta presión.

Diferenciación de las rocas metamórficas

1. Según la composición

• Procedentes de sedimentarias arcillosas: pizarra, esquisto, gneis.
• Procedentes de rocas ígneas: anfibolita, eclogita, granulita.
• Procedentes de sedimentarias arenosas: cuarcita.
• Procedentes de calizas y dolomías: mármol.

2. Según la forma y disposición

• Cristales equidimensionales: dispuestos al azar.
• Foliación: según el tamaño de grano, pizarrosa (grano muy fino), esquistosa (grano algo mayor) o bandeada (grano más grueso).

Aplicaciones

El granito se emplea comercialmente en edificios; el mármol, las pizarras y los cantos rodados tienen numerosos usos comerciales.

Rocas sedimentarias

Las rocas sedimentarias se originan a partir de material depositado en la superficie terrestre. Son producto de los procesos geológicos externos, que modelan el relieve.

Meteorización

Es la alteración in situ que sufren las rocas expuestas a los agentes atmosféricos.

1. Meteorización física

La roca se fractura pero conserva sus características originales:

• Crioclastia: acción del hielo.
• Termoclastia: variaciones de temperatura.
• Haloclastia: crecimiento de cristales de sales marinas.
• Diaclasas: fracturas por las que la roca se separa.

2. Meteorización química

El mineral cambia y origina otro distinto:

• Hidrólisis: rompe moléculas por acción del agua (por ejemplo, la ortosa).
• Disolución: el agua pura solo disuelve rocas salinas, como la halita.
• Hidratación: mineral + agua, por ejemplo la formación de arcillas.
• Oxidación: formación de un nuevo compuesto por acción del oxígeno, por ejemplo con el hierro.

Transporte

Es la fase de erosión que traslada los materiales:

1. Movimientos gravitacionales de ladera.
2. Aguas superficiales: aguas de arroyada o cauces fijos (torrentes y ríos). Se distinguen la carga (cantidad de sedimento transportado), la capacidad (lo que puede llevar) y el caudal (a mayor caudal, mayor tamaño de partículas).
3. Viento: la deflación levanta partículas.
4. Hielo: los glaciares de montaña y los casquetes glaciares transportan material; la morrena es material transportado por el glaciar.

Sedimentación

Es el depósito de partículas y sedimentos. Se produce en distintos ambientes sedimentarios:

• Continentales: fluvial, glaciar, lacustre y eólico.
• Costeros: playa, estuario, albufera, rías, deltas y marismas.
• Marinos: arrecife, plataforma y talud continental, y fondo abisal.

Facies sedimentarias

Son el conjunto de caracteres (estructura, textura y composición) que informan de dónde llega el sedimento y cómo se formó.

• Estructura sedimentaria: estratos horizontales, grietas de retracción, ripples, fósiles.
• Textura: forma, esfericidad y redondeamiento; tamaño: grava > arena > limos < arcilla.
• Composición: composición mineralógica.
• Madurez: determina el grado de redondez.

Diagénesis

Es el conjunto de procesos físicos, químicos y biológicos que transforman un sedimento en roca sedimentaria:

• Compactación: el sedimento se comprime por la presión.
• Cementación: el agua entre los sedimentos lleva sustancias que forman cemento (por ejemplo, óxidos de hierro).
• Disolución: el agua disuelve ciertos minerales y genera espacios vacíos.
• Reemplazamiento: un fluido disuelve y deposita otros minerales (por ejemplo, yeso).
• Recristalización: varía la estructura pero no la composición química.

Clasificación de las rocas sedimentarias

1. Rocas sedimentarias detríticas: formadas por clastos de distintos tamaños, producto de la meteorización de otras rocas. Constan de esqueleto, matriz y cemento. Ejemplos: conglomerados, areniscas, lutitas.
2. Rocas sedimentarias químicas: se forman por precipitación de sustancias disueltas en agua. Ejemplos: caliza, dolomía, sal gema, yeso, sílex.
3. Rocas sedimentarias orgánicas: se forman a partir de materia orgánica. El carbón presenta cuatro tipos: turba (50 % de carbono), lignito (55-75 %), hulla (75-90 %) y antracita (90 %). Por presión se forman mezclas de hidrocarburos: gas natural (metano), petróleo y asfaltos.

Deformación de las rocas

Relación esfuerzo-deformación

• Roca dúctil: presenta deformación elástica y plástica antes de la rotura.
• Roca frágil: ante un esfuerzo se rompe sin deformarse.

Influyen en esta relación: A) la temperatura, la presión, los fluidos y el tiempo; B) el tipo de esfuerzo: compresión, tensión y cizalla.

Estructuras tectónicas

Son deformaciones de las rocas originadas por esfuerzos tectónicos:

1. Pliegues: estructuras con forma ondulada producidas por esfuerzos que no superan el límite de rotura. Pueden ser anticlinales y sinclinales.
2. Fallas: se forman cuando la roca supera su límite de rotura y los bloques se desplazan. Tipos: normal, inversa, vertical y horizontal.
3. Diaclasas: fracturas en las que no se desplazan los bloques.

Deformación en los bordes de placas

• Bordes divergentes: las placas se separan y el material asciende desde el manto, creando nueva litosfera.
• Bordes convergentes: las fuerzas de convergencia y la intrusión de magma deforman la litosfera superior, produciendo plegamientos y fallas.

Historia del planeta en cambio: el tiempo en geología

Datar es ordenar los acontecimientos en una escala temporal.

Datación relativa

Ordena los acontecimientos de más antiguo a más reciente, sin especificar cuánto tiempo hace que ocurrieron. Se basa en el estudio de los estratos, cada una de las capas de rocas sedimentarias horizontales.

Principios fundamentales de la datación relativa

• Horizontalidad original: los estratos se depositan en cuencas horizontales.
• Continuidad lateral: un estrato tiene la misma edad en toda su extensión.
• Superposición de estratos: los estratos inferiores son más antiguos que los superiores.
• Actualismo: los procesos geológicos actuales han actuado desde el origen con las mismas leyes.
• Identidad paleontológica: dos estratos con el mismo fósil tienen la misma edad.
• Sucesión faunística: los fósiles de los estratos superiores son más recientes.
• Sucesión de procesos geológicos: intrusiones, fallas, plegamientos y erosión son posteriores a los materiales que afectan.

Discontinuidades estratigráficas

• Paraconformidad: superficie no erosiva que separa dos series concordantes; representa una laguna sedimentaria.
• Disconformidad: superficie erosiva que separa dos series concordantes; representa una laguna erosiva.
• Discordancia angular: dos series discordantes separadas por deformación tectónica.
• Inconformidad: superficie erosiva que separa una base ígnea de una serie sedimentaria superior.

Importancia de los fósiles

Un fósil es un resto de un ser vivo o de su actividad biológica conservado en las rocas.

• Fosilización: proceso lento que produce la mineralización o sustitución de la materia orgánica por materia inorgánica.
• Tipos de fósiles: corporales (con concha presente), moldes externos (copias), moldes internos (relleno), restos de actividad y momificaciones.
• Fósiles guía: permiten datar rocas; presentan una evolución rápida y son abundantes.
• Fósiles de facies: sensibles a unas condiciones ambientales concretas.
• Fósiles importantes: estromatolitos, trilobites, ammonites y numulites.

Datación absoluta

Mide el tiempo transcurrido desde que sucedió un determinado acontecimiento. Métodos: biológico, sedimentológico (varvas glaciares) y radiométrico (desintegración radiactiva de isótopos inestables en estables).

Corte geológico

Es una representación simplificada de un corte vertical del terreno que muestra las rocas y la estructura geológica.

La escala geológica del tiempo

Se divide en eones, eras y periodos.

Precámbrico (4570 Ma – 542 Ma)

Incluye los eones Hádico, Arcaico y Proterozoico. Se forma la Tierra, comienza a enfriarse, se forma la litosfera y la atmósfera carece de oxígeno. Ocurre la Pangea 1 y una glaciación global. Aparece el origen de la vida: organismos unicelulares procariotas, estromatolitos y organismos pluricelulares sencillos de cuerpo blando.

Paleozoico (542 – 251 Ma)

• Cámbrico: fragmentación de Rodinia; aparecen los invertebrados marinos como los trilobites.
• Ordovícico: gran glaciación y gran extinción (90 %); aparecen los primeros vertebrados.
• Silúrico: orogenia caledoniana; se forma la capa de ozono; clima cálido y húmedo; aparecen las primeras plantas terrestres y los anfibios.
• Devónico: final de la orogenia caledoniana; aparecen los peces cartilaginosos.
• Carbonífero: gran extinción (70 %); glaciación carbonífera; Pangea 2; aparecen las gimnospermas y los primeros reptiles.
• Pérmico: cambio climático, orogenia hercínica y la mayor extinción de la historia.

Mesozoico

• Triásico: clima cálido; fragmentación de Pangea 2; diversificación de los reptiles, aparición de los primeros dinosaurios y de los primeros mamíferos.
• Jurásico: ruptura de Pangea 2 en Gondwana y Laurasia; diversificación de moluscos y braquiópodos; aparecen las primeras aves; esplendor de los dinosaurios.
• Cretácico: ruptura de Gondwana; primera fase de la orogenia alpina; aparecen las angiospermas y los mamíferos marsupiales y placentarios; extinción masiva de los dinosaurios por el impacto de un meteorito.

Cenozoico (65,5 Ma – 0,5 Ma y hasta la actualidad)

• Paleógeno: última fase de la orogenia alpina; aparecen los mamíferos grandes.
• Neógeno: enfriamiento progresivo; aparecen los simios y los australopitecos.
• Cuaternario: edad de hielo; enfriamiento, glaciares; diversificación de los homínidos y desarrollo del ser humano moderno.

Orogenias

• Caledónica: 330 Ma.
• Hercínica: 230 Ma.
• Alpina: 65 Ma.

Extinciones masivas

• 435-440 Ma: 90 %
• 367 Ma: 70 %
• 250 Ma: 95 % en mares y 70 % en tierra
• 210 Ma: 20 %
• 65 Ma: 50 %