Sedimenteria metamórfica

ROCAS SEDIMENTARIAS

Cubren el 75 % de la superficie de la Tierra. (aunque sólo representan menos 5 % de la corteza). Proveen de energía a la humanidad, información de eventos geológicos y vidas pasadas (fósiles).
Importancia económica:
Combustibles como carbón, petróleo, gas natural;
Menas de Al, Fe y Mn;
Materia prima para la industria de la construcción (rocas, arenas, gravas y calizas entre otros)

SEDIMENTO
Conjunto de fragmentos de rocas, cristales o minerales, de igual o diferente tamaño, depositados y sedimentados en una depresión o cuenca en forma de estratos o capas, que mediante la diagénesis dan lugar a una roca sedimentaria.

ROCA SEDIMENTARIA
Rocas que se han producido como consecuencia de fenómenos de alteración, transporte y sedimentación sobre cualquier roca preexistente.
La acumulación de sedimentos puede realizarse en cuencas o depresiones (marinas/continentales).
Los minerales que las componen pueden ser los mismos que existían en las rocas originales o pueden ser minerales con alteraciones química de los preexistentes.

DIAGENESIS
Todos los cambios físicos y químicos que tienen lugar en el área de depositación, después del enterramiento y que hacen que los sedimentos sean transformados en una roca sedimentaria.

- Estos cambios son:
1) Compactación; 2) Cementación; 3) Recristalización; 4) Reemplazamiento; 5) Disolución.

COMPACTACIÓN
Debido a la presión existe un acomodo o reordenamiento de los constituyentes
Disminución del tamaño de los intersticios o poros y expulsión de agua.
Relleno de los huecos por precipitación de compuestos químicos simples como calcita, yeso, cuarzo y otros.

Es un fenómeno que se puede desarrollar total o parcialmente y que se realiza a bajas temperaturas (a altas t° produce metamorfismo)

CEMENTACION
§Crecimiento de especies minerales en la porosidad del sedimento a partir de los fluidos que circulan por los intersticios de la roca.
§Las composiciones cementantes más frecuentes son las: carbonáticas, silíceas, filosilicáticas (arcillas autígenas)

DISOLUCION
§Se refiere al lavado tanto de los granos/clastos como de la matriz de la roca y la disolución de los cementos primarios.
§Este proceso es el principal causante de la creación de la porosidad secundaria de las rocas sedimentarias.
§Generalmente, las mineralogías más afectadas por este proceso diagenético son las carbonáticas y feldespáticas.

RECRISTALIZACIÓN
§Comprende las distintas transformaciones que se producen entre un mineral y el mismo o su polimorfo, que produce la aparición de nuevos cristales, de la misma composición pero de distinto tamaño o forma.
§Las transformaciones diagenéticas más frecuentes son las del aragonito a calcita y la de los minerales de arcilla.

REEMPLAZAMIENTO
§Proceso que representa el cambio de mineralogía entre el nuevo material resultante y el reemplazado, pudiendo conservarse las texturas depositacionales y las microestructuras de los granos o cementos transformados, (ej. silicificación, ferruginización, yesificación)

En definitiva, la evolución diagenética que haya sufrido un sedimento dejará como producto una roca sedimentaria con una serie de texturas y una mineralogía cementante determinada, es así como se han diferenciado de acuerdo al tipo de cemento los ambientes de depositación entre el marino profundo y el continental fluvial, pero estas secuencias de cementación pueden variar dependiendo de las condiciones tectónicas (subsidencia, esfuerzos tectónicos) a que se vea sometida la cuenca en que se formaron.

Se conoce como denudación a la suma de los procesos naturales que resultan en el desgaste o la progresiva degradación del relieve terrestre. Comprende fundamentalmente dos procesos externos terrestres

PROCESOS EXTERNOS DE LA TIERRA

-Tienen lugar en la superficie de la Tierra o en sus proximidades.
- Se alimentan de la energía solar.
- Parte fundamental del ciclo de las rocas (responsables de la transformación de la roca sólida a sedimento).

- Comprenden:

meteorización: fragmentación física (desintegración) y alteración química (descomposición) de las rocas de la superficie terrestre o cerca de ella.

procesos gravitacionales: transferencia de roca y suelo pendiente abajo, por influencia de la gravedad.

erosión: eliminación física de material por agentes dinámicos como agua, viento o hielo.

METEORIZACIÓN

Se produce cuando la roca es fragmentada mecánicamente (desintegrada) o alterada químicamente (descompuesta) o ambas cosas, pero in situ.

Meteorización mecánica
Se lleva a cabo por fuerzas físicas que rompen la roca en trozos cada vez más pequeños sin modificar la composición mineral de la roca.

En la naturaleza hay 4 procesos físicos importantes que inducen a la fragmentación de la roca.

- Fragmentación por helada: congelamiento y deshielo de las rocas en zonas montañosas provoca su fracturamiento.
- Expansión provocada por descompresión: intrusivos que llegan a la superficie y que por la descompresión sufrida, se fracturan en lajas paralelas.
- Expansión térmica: La dilatación y la contracción repetida de una roca y sus minerales, debería producir su desintegración.
- Actividad biológica: Este fenómeno comprende las actividades de plantas, animales y seres humanos (raíces, animales, descomposición de organismos).

Meteorización química
Implica una transformación química de la roca en uno o más compuestos nuevos.

Los principales procesos de la meteorización química son:

Disolución: Se produce cuando un mineral soluble en agua se disuelve. (ej. Halita, Calcita).
Oxidación: Se produce cuando el oxígeno se combina con el hierro para formar el óxido férrico, la oxidación es importante en la descomposición de minerales ferromagnesianos (olivino, piroxeno y anfíbola).
Hidrólisis: Los silicatos son los que se descomponen en su mayoría por la hidrólisis, que consiste en la sustitución de iones positivo de la estructura cristalina por los iones H+, al introducirse se destruye la disposición ordenada de los átomos y se descompone el mineral.

El agua desempeña un papel fundamental en todos ellos.

Meteorización mecánica y química generalmente son fenómenos paralelos o contemporáneos. La predominancia de uno de ellos depende del clima.

TRANSPORTE y SEDIMENTACIÓN

EROSIÓN
Es la remoción del material meteorizado.
SEDIMENTACIÓN
Acumulación de sedimentos derivados de la meteorización de rocas preexistentes en un lugar de depositación

Los principales agentes de transporte son:
- ríos
- viento
- glaciales

RÍOS

Son los mayores agentes de transporte de sedimentos hacia los lagos y mares à erosión fluvial
El agua tiene 4 formas de transportar los sedimentos:
- en solución; como iones Na+, Cl-, K+, Ca+2
- en suspensión; partículas flotando.
- en saltación; partículas medianas van saltando por el fondo.
- por tracción; partículas grandes se van arrastrando por el fondo.

VIENTO

Es menos intenso que el agua. à erosión eólica
Pero en regiones secas, zonas sin vegetación o en regiones con viento fuerte es importante.
Tiene gran capacidad para transportar arena, lo que se evidencia por el aumento de los desiertos.
Las estructuras más conocidas que forma son las dunas. El viento transporta partículas muy finas hasta tamaño arena. El choque de dichas partículas contra una roca dura provoca la abrasión.

GLACIARES

Otro agente erosivo de gran importancia à erosión glacial
En el pasado modelaron una buena parte de los paisajes que hoy conocemos. El hielo es capaz de cortar o arrancar enormes rocas. Desplaza las rocas que encuentra a su paso, rompe y arrastra las subyacentes (morrenas). Las rocas inmersas en el fondo del glacial actúan como partículas abrasivas, al lijar y pulir las piedras del lecho sobre el que se desplaza.

CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS SEDIMENTARIAS

La división fundamental tiene en cuenta la forma predominante en que se producen los sedimentos o depósitos.

Detríticas
La sedimentación se produce por la disminución de la energía del agente de transporte.
El sedimento se denomina detrítico o clástico.

Químicas

La sedimentación se produce:
· por concentración, como es el caso de la evaporación del disolvente.
· por sobresaturación de una solución produciéndose la precipitación (formación de sustancias insolubles en ese medio).

Los depósitos se denominan químicos.

YesoCaliza PisolíticaCaliza Oolítica

Sin embargo es tan corriente la coexistencia de dos o más causas que producen la sedimentación que desde el punto de vista práctico, se hace sólo 2 divisiones:

1.- Rocas sedimentarias detríticas o terrígenas o clásticas
- cuando la sedimentación mecánica sea el proceso dominante en la formación del depósito.
2.- Rocas organoquímicas o químicas o no clásticas
- cuando en la sedimentación jueguen un papel determinante los procesos químicos y/o la acumulación de restos orgánicos.

ROCAS METAMORFICAS

Introducción.

-Son la transformación de una roca preexistente
meta =cambio ; morfos =formas

-Se generan cuando las altas temperaturas y presiones en las profundidades de la Tierra, causan algún cambio en una roca previa (ígnea, sedimentaria, metamórfica)

-Lo que cambia es: mineralogía estructuras o texturas eventualmente composición química, pero sin perder su estado sólido (cristalino)

-Derivan de configuraciones mineralógicas y texturales preexistentes que han sufrido alteración de su ambiente, a este proceso se le denomina blástesis, por lo que las rocas metamórficas están constituidas por blastos de diferentes minerales.

-Protolito: es la roca original, la que sufre los cambios, estos cambios pueden ir desde menores a otros más profundos de acuerdo al grado de metamorfismo que actúe (bajo o alto)
-Si el grado de metamorfismo es de bajo grado la roca original o protolito mantiene rasgos que permiten identificarlo.

-Si actúa un metamorfismo de alto grado puede que la roca metamórfica resultante no tenga las características originales del protolito.

Las rocas metamórficas constituyen más o menos el 15 % de la corteza de la Tierra.

Son producto de condiciones intermedias entre las de la formación de las rocas ígneas y las sedimentarias.

Las temperaturas requeridas para metamorfizar una roca van de 200ºC a 700ºC aproximadamente. Sobre los 700 ºC se produce la fusión de las roca, generación de magma y posteriormente da lugar a una Roca Ígnea.

-También existe un paso intermedio donde se observan rocas de mezclas, parte ígnea y parte metamórfica que se denominan migmáticas (migma = mezcla)

LIMITES

Limite Inferior:

El límite inferior del metamorfismo, es decir, entre la diagénesis y metamorfismo (de soterramiento), está definido por distintos criterios, el mas representativo es la temperatura: (>200 ºC) ya que los posibles cambios mineralógicos y texturales que puede tener la roca a menos de 200 ºC se incorporan a la diagénesis, es a partir de esta temperatura donde comienzan a aparecer minerales metamórficos (ej. Caolinita + cuarzo = pirofilita).

Limite Superior:

El límite superior del metamorfismo tampoco tiene una sola definición, se considera la temperatura que corresponde al inicio de la fusión de una roca, pero esta temperatura va a depender en gran medida de la composición de la roca (ej. Granito: T ?625ºa 650ºC; Basalto: T ?850ºa 900ºC, considerándolos a ambos con una presión de 2 -3 Kbar.

FACTORES

Principales Factores de Metamorfismo:

Variaciones de Temperatura
Presión
Esfuerzos de compresión
Acción de fluidos (migración)

Estos factores son externos a la roca y pueden originar cambios en su mineralogía (en la composición química de los minerales o del total de la roca), por lo que causará distintos cambios de acuerdo a las composiciones químicas presente cada roca en particular.

A los factores antes mencionados debemos agregar el tiempo y duración del fenómeno metamórfico.

FACTORES TEMPERATURA

Temperatura:

-Es el factor más relevante en los procesos metamórficos ya que la mayoría de las reacciones metamórficas se deben a variaciones de temperatura.

-Está directamente relacionada con el gradiente geotérmico (?30ºC/Km.) en los casos que ocurra a escala regional, o en torno a los cuerpos plutónicos si se trata de transformaciones localizadas
la fuente calorífica puede ser:

·Cuerpo intrusivo cercano
·Arco magmático relacionado con una zona de subducción
·Una fuente calorífica regional profunda (calor derivado del manto)

Consecuencias del aumento de temperatura

Mayor energía de activación para la recristalización de los nuevos minerales.
Los minerales con componentes volátiles son menos estables, por lo que se produce la pérdida de estos componentes y los minerales recristalizados son menos ricos en volátiles.
El material rocoso adquiere comportamiento plástico por lo que existen cambios en la textura y deformación por esfuerzos dirigidos.

FACTORES PRESION

Presión:

-Puede ser de distintos tipos:

Presión de carga, de confinamiento, litostática o geoestática
Está dada por el peso de la columna rocosa
En profundidad las rocas están sometidas a la presión de las masas rocosas que la rodean y a mayor profundidad, mayor presión.
Esta presión confinante es igual en todas las direcciones.

Presión dirigida o stress (sobre presión tectónica).
Es originada por procesos tectónicos.
Conduce a la deformación permanente de las rocas.

Presión de fluidos
Es aquella que se ejerce sobre los fluidos retenidos en los poros/fisuras o interfases sólidas de la roca y suele igualar su magnitud a la presión de carga

Consecuencias del aumento de presión

Los minerales presentes están sujetos a esfuerzos que tienden a comprimirlos por lo que la recristalización ocurre en estructuras atómicas más compactas y de mayor densidad en comparación al mineral original.

los minerales son comprimidos, originando esfuerzos diferenciados en los bordes de los minerales, es decir ocurre fusión localizada donde los esfuerzos son mayores y reprecipitación en las zonas de menor esfuerzo

La mayor evidencia de este esfuerzo son los minerales orientados. Estos minerales crecen en la dirección del mínimo esfuerzo (perpendiculares a la dirección del máximo esfuerzo).

Se produce una reorganización de los minerales

FACTORES ACCION DE FLUIDOS

Los fluidos son otro agente activo del metamorfismo.
Las rocas tienen cantidades importantes de agua contenida en sus poros, así como también en dentro de la composición de muchos minerales.
Al ser sometidas a condiciones de altas temperaturas, tanto el agua de los poros como la que forma los minerales queda total o parcialmente liberada actuando así de diferentes formas:
facilitar como medio, a la migración de iones.
Ayudar a la recristalización de minerales de tal forma que se puedan asociar formando otros más estables para las nuevas condiciones ambientales.
Al perder el agua contenida, se producen cambios en los cristales originales
La composición química de una roca también es un factor importante:

En las rocas con diferentes composiciones químicas cristalizaran distintos minerales metamórficos bajo las mismas condiciones de P° y T°

EJEMPLOS

T°= 550°C y P°=5Kbar (aprox. 15Km de profundidad)

ROCA ARCILLOSA ESQUISTO MICÁCEO

CALIZA MARMOL

CUARCITA SILEX

Los esquistos de cuarzo y feldespato o el gneis se componen principalmente de:

CLASIFICACION DE GRADOS DE METAMORFISMO

La presión y la temperatura van a influir directamente sobre los minerales involucrados en las reacciones metamórficas por lo tanto, existen ciertos minerales característicos bajo ciertos rangos de P y T que se denominan geotermómetros y geobarómetros.

El término grado metamórfico se refiere principalmente a las condiciones de P° y T° específicas bajo las cuales se ha formado una roca.

Grado Metamórfico (Winkler, 1979), el cual se subdivide en:

-Muy bajo (200ºa 350ºC)
-Bajo ( 350ºa 525ºC)
-Medio (525ºa 650ºC)
-Alto (650ºa 750ºC)
-Muy Alto (> 750ºC)

FACIES METAMORFICAS

Facies Metamórficas:

Son un conjunto de rocas recristalizadas bajo el mismo rango de presión y temperatura.
La composición de algunos minerales metamórficos y la textura, pueden indicar las condiciones de P y T característicos para el grado metamórfico en cuestión.

Ejemplo: aparición de ortopiroxeno y granate implica condiciones de P y T elevados.

Las facies Metamórficas se pueden clasificar en 4 categorías

Cor: Corneana
Ab Albita
Ep: Epidota
Hbl: Hornblenda
Px: Piroxeno
Prenh: Prenhita
Pump: Pumpellyta

I) Facie de P° Moderada y T° Media/alta:

Engloba a la mayor parte de las rocas metamórficas comunes, incluye facies de esquistos verdes, anfibolitas y granulitas.

II) Facies de grados muy bajos:

Se incluyen las facies de ceolitas y de prenhita-pumpellyta

III) Facies de Metamorfismo de contacto:

A bajas presiones y altas temperaturas que caracterizan a este tipo de metamorfismo se pueden incluir las facies de corneanas de albita-epidota, corneanas anfibólicas, corneanas piroxénicas y sanidinas.

La composicion de las rocas corneanas (hornfels) va a depender de su protolito

IV) Facies de Alta Presión:

Incluye facies de esquistos azules, de eclogitas y representan condiciones de presiones inusualmente altas que producen fases con una densidad alta.

Las rocas ígneas básicas metamorfizadas en condiciones de facies de esquistos azules, obtienen su color gris azulado característico por la presencia del anfíbol sódico, en lugar del cálcico más común, de color verde.