ROCAS METAMORFICAS
(http://alerce.pntic.mec.es/~mnavar6/rocasmeta.htm)
Autor: Luis Dartwig
Santiago, Mayo 2013.-
Definición
Las rocas
metamórficas se derivan de la transformación de los tipos de rocas existentes,
que pueden ser rocas sedimentarias,
rocas ígneas u otra roca. Es un proceso llamado metamorfismo, que significa
"cambio de forma".
La roca original, llamada protolito, que es una
roca que es un precursor de una roca metamórfica, es decir, que representa su
estado antes de sufrir los efectos del metamorfismo. Un ejemplo de protolito es
el basalto, que puede ser el protolito de una eclogita, aunque no todas las
eclogitas tienen al basalto como protolito.
Puede haber 6 clases de protolitos:
Protolito
Máfico: Rocas ígneas máficas
Protolito
Ultramáfico: Rocas ígneas ultramáficas
Protolito
Pelítico: Rocas sedimentarias ricas en arcilla
Protolito
Cuarzoso: Rocas con cuarzo predominante
Protolito
Cuarzofeldespático: Rocas con alto contenido en cuarzo y feldespato
Protolito
Calcáreo: Rocas con alto contenido de carbonatos, por ejemplo la caliza.
Estas rocas son
sometidas a calor (temperaturas mayores de 150 a 200 ° C) y presión (1.500
bares), causándoles profundo cambio físico
y / o químico.
Las rocas
metamórficas constituyen una gran parte de la corteza terrestre y se clasifican
por la textura, química y composición mineral (facies metamórficas). Pueden
estar formadas simplemente por estar muy por debajo de la superficie terrestre,
sometidos a altas temperaturas y la gran presión de las capas de roca por
encima de ella.
Se pueden formar
a partir de procesos tectónicos tales como colisiones continentales, lo que
causa la presión horizontal, la fricción y la distorsión. También se forman
cuando la roca se calienta por la intrusión de roca fundida caliente llamado
magma del interior de la Tierra.
El estudio de
las rocas metamórficas (ahora expuesto en la superficie de la Tierra después de
la erosión y levantamiento) proporciona información sobre las temperaturas y
presiones que se producen a gran profundidad dentro de la corteza terrestre.
Algunos ejemplos de rocas metamórficas son gneis, pizarra, mármol y cuarcita.
Las rocas
metamórficas han sido afectadas por la
transformación, sin cambio de estado, de
la estructura o la composición química o mineral de una roca cuando queda
sometida a condiciones de temperatura o presión distintas de las que las
originaron o cuando recibe una inyección de fluidos. Al cambiar las condiciones físicas, el
material rocoso pasa a encontrarse alejado del equilibrio termodinámico y
tenderá, en cuanto obtenga energía para realizar la transición, a evolucionar
hacia un estado distinto, en equilibrio con las nuevas condiciones. Se llaman metamórficas a las rocas que resultan
de esa transformación.
Por lo tanto, la
roca metamórfica final dependerá, por una parte, por las condiciones de presión
y temperatura, y por otra, del tipo de roca original o en otras palabras de su
génesis. Lo que implica una gran variedad de rocas metamórficas existentes en
la corteza de la tierra.
Metamorfismo y tipos de metamorfismo.
http://elprofedenaturales.files.wordpress.com/2009/11/tipos-de-metamorfismo.jpg
En la imagen se pueden apreciar las zonas en
las que se produce el metamorfismo.
Metamorfismo
Existen varios
tipos de metamorfismo debido a la diversidad de causas que lo producen. Una
clasificación genética (por el origen) del metamorfismo distingue entre
metamorfismo de contacto (debido al calor que transmite a una roca un cuerpo
intrusivo); metamorfismo dinámico o cataclástico, debido a presiones dirigidas
por la acción de fallas, y metamorfismo regional, la forma más importante,
donde se produce una transformación extensa y profunda por la acción simultánea
de temperaturas y presiones altas, como ocurre en bordes de placa convergentes.
Hay además un metamorfismo hidrotermal, debido
a la penetración de fluidos calientes y químicamente activos, y un metamorfismo
de choque, un fenómeno localizado que se produce por el impacto de meteoritos y
cometas contra la superficie rocosa del planeta.
Existen otros
tipos de metamorfismo menos frecuentes, como el metamorfismo de rayos, caída de
meteoritos o el metamorfismo de incendio. Por otro lado, entre los factores que
afectan el metamorfismo están:
-
La estructura (fábrica) y composición de la roca
original.
-
La presión y la temperatura en la que evoluciona
el sistema.
-
La presencia de fluidos.
-
El tiempo.
Se excluyen del
concepto de metamorfismo los cambios diagenéticos que les ocurren a los
sedimentos y a las rocas sedimentarias a menores temperaturas y presiones,
aunque es muy difícil establecer el límite entre la diagénesis y el
metamorfismo. En el extremo contrario, si se llega a producir la fusión
formándose un magma, la roca que resulte no será metamórfica, sino
magmática. A veces las condiciones dan
lugar a una fusión sólo parcial y el resultado es una roca mixta, una
migmatita, con partes derivadas de la solidificación del fundido y partes
estrictamente metamórficas.
Se distingue
entre un metamorfismo progresivo, que ocurre cuando la roca queda sometida a
presiones y temperaturas más altas que las de origen, y un metamorfismo
regresivo o retrógado, es cuando la roca pasa a condiciones de menor energía
que cuando se originaron.
Metamorfismo regional
Se produce por el efecto simultáneo de un
aumento de la presión y de la temperatura durante largos períodos de tiempo en
grandes áreas de la corteza terrestre con gran actividad tectónica, como los
límites de las placas litosféricas.
También influyen la presencia de fluidos en las rocas que se van a
metamorfizar, y las tensiones originadas por el movimiento de las placas
tectónicas. Las condiciones en las que se produce el metamorfismo regional
abarcan un rango de presiones de entre 2 kbar y 10 kbar y un rango de temperaturas
de entre 200 °C y 750 °C.
Normalmente el
crecimiento de los cristales durante el metamorfismo regional está acompañado
de una deformación originada por causas tectónicas. Esto provoca que muchas rocas sometidas a
este tipo de metamorfismo presenten foliación, que es la disposición en láminas
que adquieren ciertas rocas cuando se ven sometidas a grandes esfuerzos. Este
rasgo se da cuando se produce metamorfismo.
Se distinguen
varios tipos de foliación dependiendo de la mineralogía de la roca madre y del
grado de metamorfismo:
Pizarrosidad: Minerales planares y bajo
grado de metamorfismo. Por ejemplo la pizarra.
Esquistosidad: Metamorfismo de grado
medio-alto. Un ejemplo es el esquisto.
Bandeado gneísico: El grado de
metamorfismo es alto, produciéndose la segregación de los minerales en capas.
Por ejemplo el gneises decir, que sus minerales constituyentes se orientan
según la dirección de las presiones dirigidas que sufren.
Solamente las rocas que contienen micas, que
son minerales laminares de tres capas y que se pueden clasificar en grupos el
mineral llamado, moscovita dioctaédrica y el otro llamado el flogopita-biotita
o el trioctaédrica.
mica
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Mica-muscovite.jpg
En la imagen de un mineral llamado moscovita
de la categoría de los filisilicatos. (Wikipedia.org)
En rasgo
esencial del grupo mica es la sustitución de un Si por un Al en la red oxígeno-silicio
para dar una unidad estructural (Si,AI)4O10(OH,F). También es característica su
perfecta exfoliación basal. Las hojillas son flexibles y elásticas.
Dioctaédrica. La moscovita
–K2AI4(Si6Al2)O20(OH,F)4– es la mica dioctaédrica más corriente. Es transparente,
y como además son resistentes al calor, se emplean en ventanillas de
calefacción, etc.
La moscovita
aparece primariamente en rocas plutónicas ácidas, incluyendo las pegmatitas.
También aparece en esquistos y gneises, y como un mineral detrítico en
sedimentos. La moscovita que contiene cromo se llama fuchsita.
fuchsita
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fuchsit-finnland_hg.jpg
En la imagen, fuchsita o cromo-moscovita,
variedad de moscovita verde por su alto contenido en cromo, de estructura
cristalina y el alumino es sustituido por cromo trivalente
La moscovita que
lleva sodio se llama paragonita, considerado generalmente como un mineral raro,
aunque debido a la dificultad de distinguirla de la moscovita puede muy bien
ser más corriente de lo que se cree.
La gilbertita es
una moscovita rica en flúor.
La glauconita se
considera una mica, probablemente en parte dioctaédrica y en parte
trioctaédrica, ya que contiene Al y Fe"Mg en la red. Es un constituyente
antígeno común de sedimentos marinos, y tiene un color verde brillante
característico. Se denomina celadonita a la glauconita que rellena cavidades.
La margarita es un miembro del grupo de las micas frágiles en el que las
escamas de exfoliación no son ni flexibles ni elásticas. Su composición es
Ca2AI4(Si4AI4)O20(OH,F)4 y aparece sobre todo en rocas metamórficas.
Trioctaédrica. La flogopita –K2(Mg,
Fe")6(Si6AI2)O20(OH,F)4– y la biotita –K2(Mg,Fe"Fe"',Al)6
(Si6-5AI2-3)O20 (OH, F).
flogopita
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:PhlogopiteMonteSommaIII.jpg
Presentan una
tonalidad que varía de marrón a negro. Los minerales en este grupo son
excepcionalmente frecuentes, apareciendo en casi todos los tipos de rocas
ígneas y metamórficas. Sin embargo, son poco corrientes en sedimentos, ya que
tienden a ser inestables en el agua del mar.
Se ha observado
que las rocas metamórficas calco-silíceas y las rocas básicas y ultrabásicas
tienden a contener Mg-flogopitas, mientras que las rocas ígneas ácidas,
esquistos y gneises tienden a contener biotitas más ricas en hierro.
Existen biotitas
que contienen litio conocidas con el nombre de zinnwalditas.
La lepidolita es
más o menos una mica trioctaédrica sin hierro con una composición K2 (Li,AI)5-6
(Si6-5,Al2-3)O20 (OH,F)4. Se pensó que era dioctaédrica, pero debe considerarse
al litio como sustitución del Mg de la capa brucita.
Lepidolita
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lepidolita.jpeg
En la imagen un filosilicato lila o
rosa violáceo del grupo de las micas, Su composición depende de sus cantidades
relativas de Al y Li en coordinación octaédrica. Además, Na, Rb y Cs pueden
sustituir al K. Se caracteriza por ser insoluble en ácidos, su exfoliación
micácea y su color lila a rosa. Para distinguirla de la moscovita, se hace un
ensayo de llama, pues la lepidolita da lugar a una llama de color carmesí
(debido al litio).
Es de color
violeta pálido característico y una fuente importante de litio. Aparece
principalmente en pegmatitas. La clintonita es una mica frágil, la análoga
trioctaédrica de la margarita –Ca2(Mg,AI)6(Si2-5,AI5,5)O20 (OH,F)4– que aparece
en talcocitas y en calizas metamorfizadas.
Un término
adecuado para ciertas sustancias parecidas a las micas (posiblemente
intermedias entre las micas y los minerales arcillosos) es el de submicas.
Se caracterizan por:
- una deficiencia del aluminio que sustituye al Si en coordinación (comparado con las micas),
- una deficiencia del aluminio que sustituye al Si en coordinación (comparado con las micas),
- un exceso de hidroxilo (de aquí el nombre de
hidromica)
- una deficiencia de potasio y sodio en la
estructura.
La más conocida es quizá la sericita, aunque se ha dado este nombre muchas sustancias micáceas;
-
agregados de moscovita de grano fino,
- agregados de caolín-moscovita y de hecho a casi
todo agregado de grano fino sin color de cualquier mineral laminar.
Por lo tanto no
todas las micas desarrollan foliación, por lo que las cuarcitas, los mármoles y
las anfibolitas carecen de ella.
Dentro del
metamorfismo regional se distinguen tres zonas que se diferencian entre sí por
las condiciones de presión y temperatura:
Región de
baja temperatura y alta presión: Estás regiones se localizan en las zonas
de subducción.
- Región de
alta temperatura y alta presión: En los núcleos de los orógenos, donde la
profundidad de enterramiento es muy grande, y abundan las intrusiones de
andesita.
- Región de
baja temperatura y baja presión: En zonas más superficiales de los
orógenos, que es la formación o rejuvenecimiento de montañas y cordilleras
causada por la deformación compresiva de regiones más o menos extensas de
litosfera continental. Se produce un engrosamiento cortical y los materiales
sufren diversas deformaciones tectónicas de carácter compresivo, incluido
plegamiento, fallamiento y también el corrimiento de mantos.
Metamorfismo de contacto
El metamorfismo
de contacto es un conjunto de alteraciones mineralógicas y estructurales
inducidos en las rocas por la cercanía o contacto con cuerpos intrusivos de
rocas ígneas, produciéndose un aumento en el grado de metamorfismo a medida que
se aproxima al contacto.
Además, es el
nombre dado a los cambios que se producen cuando el magma es inyectado en los
alrededores de la roca sólida. Los cambios que se producen son mayores donde el
magma entra en contacto con la roca debido a que las temperaturas son más altas
en este límite y disminuyen con la distancia de ella. Los cambios que se
producen son por recristalización, que hacen que la textura y los minerales
pueden cambiar. La estructura original puede mantenerse muy nítida o estar
totalmente borrada, pero no se originan nuevas estructuras. Se forma alrededor
del intrusivo una intrusión es un cuerpo de roca ígnea que ha cristalizado
desde el magma fundido bajo la superficie terrestre.
Los cuerpos de
magma que se solidifican subterráneamente antes de que emerjan a la superficie
se llaman plutones, nombrados así por Plutón, el dios romano del inframundo.
Correspondientemente, las rocas de este tipo son también conocidas como rocas
plutónicas ígneas o rocas intrusivas ígneas, en contraste con las rocas
extrusivas, que se forman cuando el magma fluye hacia la superficie de la
Tierra y hace erupción o fluye sobre la superficie de la tierra en forma de
lava; y luego se enfría y forma las rocas. Las rocas basalto son el tipo más
común de rocas ígneas extrusivas y el tipo de roca más común sobre la superfice
de la Tierra.
Alrededor de la
roca ígnea, que se forma a partir del magma en enfriamiento, es una zona
metamorfoseada llamada “aureola del metamorfismo de contacto”. Las aureolas
pueden mostrar todos los grados de metamorfismo de la zona de contacto llamada
en términos geológicos “country rock”
denominada a la zona de una determinada área a
cierta distancia.
La formación de
importantes minerales de la mena se puede producir por el proceso de
metasomatismo en o cerca de la zona de contacto. Cuando una roca es de “contacto”
es alterada por una intrusión ígnea y
con mucha frecuencia se hace más endurecida y forma más cristales
gruesos. Muchas rocas alteradas de este tipo fueron anteriormente llamados
hornstones y los hornfels término se utiliza a menudo por los geólogos para
significar los productos de grano fino y compacto, no foliados de metamorfismo
de contacto.
Una pizarra
puede llegar a ser un oscuro hornfels arcillosos, lleno de pequeñas placas de
color marrón biotita; una marga caliza impura o pueden cambiar a un color gris,
mármol cal-silicato hornfels o silícea de color amarillo o verde, duro y
astillada, con abundante augita, granate, wollastonita y otros minerales en los
que la calcita es un componente importante.
La diabasa o
andesita puede convertirse en un hornfels diabasa o hornfels andesita con el
desarrollo de nuevos hornblenda y biotita y una recristalización parcial del
feldespato originales. Sílex o pedernal, pueden llegar a ser una piedra de
cuarzo finamente cristalina; areniscas pierden su estructura clástica y se
convierten en un mosaico de pequeños granos ajustados de cuarzo en una roca
metamórfica llamada cuarcita.
Si la roca fue
anillada o foliada (como, por ejemplo, una piedra arenisca laminado o un
calco-esquisto foliada) originalmente este carácter no puede ser borrado, y una
banda hornfels es el producto; fósiles incluso puede tener sus formas
conservadas, aunque totalmente recristalizado, y en muchas lavas contacto
alterado las vesículas son todavía visibles, aunque sus contenidos han entrado
por lo general en nuevas combinaciones para formar minerales que no estaban
presentes originalmente. Las estructuras de minutos, sin embargo, desaparecen,
a menudo completamente, si la alteración térmica es muy profunda, por lo que
los pequeños granos de cuarzo en una pizarra se pierden o se mezcla con las
partículas circundantes de arcilla, y el fino suelo de masa de lavas se
reconstruye por completo.
Por
recristalización de este modo rocas peculiares de tipos muy diferentes se
producen a menudo. Así lutitas pueden pasar a rocas cordierita o pueden mostrar
grandes cristales de andalucita (y chiastolite), staurolite, granate, cianita y
silimanita, todas derivadas del contenido de alúmina del squilto o ,shale en
inglés, originales. El esquisto, es una roca sedimentaria formada por la
consolidación de barro o arcilla, que tiene la propiedad de división en capas
delgadas paralelas a sus planos de estratificación. Esquisto tiende a ser
fisible, es decir, que tiende a dividir a lo largo de superficies planas entre
las capas de roca estratificada.
Las lutitas
contienen un estimado de 55% de todas las rocas sedimentarias. La composición
de esquisto varía ampliamente.
Las lutitas con
alto contenido de sílice pueden haberse formado cuando una gran cantidad de
diatomeas y cenizas volcánicas estuvieron presentes en los sedimentos
originales.
Un gran número
de fósiles en las pizarras pueden darles un alto contenido de calcio, tales pizarras
pueden gradar en calizas (que son rocas sedimentarias).
Pizarras que
contienen un gran porcentaje de alúmina se utilizan como una fuente de ese
mineral en la fabricación de cemento. Las lutitas que contienen abundantes
grado de materia carbonosa se denominan carbón bituminoso. Los esquistos de
petróleo están ampliamente distribuidos en el oeste de Estados Unidos y pueden
ser una fuente futura de petróleo.
Una cantidad
considerable de la mica (muscovita y biotita) está formada a menudo
simultáneamente, y el producto resultante tiene una estrecha semejanza con
muchos tipos de esquistos.
Si las calizas son
puras a menudo tienen a convertirse en mármoles de cristales gruesos, pero si
existe una mezcla de arcilla o arena en las rocas originales de minerales como
el granate, epidota, idocrase, wollastonita, estarán presentes, y seguirán
siendo calizas (roca sedientaria).
Calizas (roca sedimentaria)
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Elmkalkstein_Hang.jpg
En la imagen se muestra a una roca
sedimentaria compuesta mayoritariamente por carbonato de calcio (CaCO3),
generalmente calcita. También puede contener pequeñas cantidades de minerales
como arcilla, hematita, siderita, cuarzo, etc. reacciona con efervescencia en
presencia de ácidos tales como el ácido clorhídrico.
Areniscas cuando
se calienta mucho puede cambiar en cuarcitas gruesas compuestas de granos
grandes claros de cuarzo. Estas etapas más intensas de alteración no se ven tan
comúnmente en las rocas ígneas, debido a que sus minerales, siendo formados a
altas temperaturas, no se transforman o se recristalizan tan fácilmente.
En unos pocos
casos las rocas se funden en los
cristales de productos vítreos oscuros de espinela, silimanita y cordierita y
se pueden separar.
Las lutitas son
ocasionalmente tanto alteradas por diques de basalto y areniscas feldespáticos que
pueden estar completamente vitrificados que surge a causa de que las superficies están
permanentemente sometidas un intenso tráfico o expuestas a la humedad. Dichas
circunstancias pueden ocasionar fuertes daños en las superficies, como
rayaduras profundas, huecos, surcos en las junturas, manchado, podrido,
humedecido, levantado, cuchareado, despegado, etc., que generan su deterioro
físico y estético. Cambios similares pueden ser inducidos en los esquistos por
la quema de las vetas de carbón o incluso por un horno ordinario.
También hay una
tendencia a que el metasomatismo, que es un proceso geológico que corresponde
la sustracción o adición de componentes químicos a una roca mediantes fluidos
acuosos con el requisito de que la roca debe mantenerse en el estado sólido. Se
considera un tipo de metamorfismo.
Los dos tipos
principales de metasomatismo son el infiltracional y el difusional.
El primero
ocurre cuando el fluido se encuentra en movimiento penetrando la roca y el
segundo cuando el fluido está estancado.
El magma de
la roca ígnea y sedimentaria, están en
movimiento, por lo que los productos químicos en cada uno se intercambian o se
introducen en la otra. Las rocas de granitos pueden absorber fragmentos de
esquisto o trozos de basalto. En ese caso, existen rocas híbridas llamadas “skarn”
, que no tienen las características de las rocas ígneas o sedimentarias
normales.
skarn
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Skarn_Alta_Stock.jpg
skarn visto con microscópio
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Skarn.jpg
En la imagen las rocas hibridas llamadas Skarn,
que se refiere a una roca o zona metamórfoseada alrededor de una intrusión
ígnea que se caracteriza por consistir en una roca carbonatada con minerales
producto de metasomatismo. El nombre viene del idioma sueco y en su
sentido original refiere estrictamente a una asociación de granate cálcico,
piroxeno, anfíbol y epidota que caracterizan depósitos minerales de magnetita y
calcopirita en Suecia.
A veces, un
magma granito invade e impregna las rocas alrededor, llenando sus
articulaciones con hilos de cuarzo y feldespato. Esto es muy excepcional, pero
se conocen de estos casos y pueden
llevarse a cabo a gran escala.
Metamorfismo dinámico
El factor
dominante en el metamorfismo dinámico (o dinamometamorfismo) es la presión,
provocada por el movimiento entre bloques o placas que genera la acción de las
fallas.
Las rocas que se generan en este proceso se
llaman brechas de falla o cataclastitas, y se caracterizan por la presencia de
cantos englobados por una matriz, generados por trituración (cataclasis). Si la cataclasis, que forma las rocas
cataclásticas, nace por procesos
frágiles en la parte superior de la corteza en las zonas de moderada a alta
tensión, en particular en las zonas de falla. Los dos mecanismos principales implicados
son la microfractura donde se romper la roca original en fragmentos y de
fricción de deslizamiento o rodadura de
los fragmentos, combinado con más fracturación.
Rocas
cataclásticas
http://earth2geologists.net/grandmanangeology/PreMesozoicFieldTripPhotos.htm
En la imágen se que quarzite y gray-green phyllite (meta-shale) y como base una roca cataclática de granito.
Además, se forma
la roca milonita, que se caracteriza por ser una roca dura cuyos granos preexistentes
fueron deformados y recristalizados.
La forma en que
se va a ver afectada la roca va a depender de los siguientes factores:
Granulometría,
tipo de roca y composición. Densidad, porosidad y permeabilidad. Si la roca
presenta bandeados, esquistosidad, que es una propiedad que presentan algunas
rocas de romperse a lo largo de superficies aproximadamente paralelas. Tiene un
origen tectónico. La esquistosidad puede ser de los siguientes tipos:
Esquistosidad de fractura. Afecta a los lechos más incompetentes dentro
de una serie de capas de grado variable de competencia (capa competente). En
general, el término implica que los planos de esquistosidad no están
controlados por partículas minerales con orientación paralela. Algunos autores
utilizan la expresión «clivaje de cizalla» o desplazamientos, etc. Además, por
la composición y presión de los fluidos presentes, también por la orientación de la red cristalina.
Esquistosidad pizarrosa. Se desarrolla
en rocas de grano fino como resultado de una intensa deformación, que produce
una recristalización parcial de minerales laminares paralelos a los planos
axiales de los pliegues, i.e. perpendicular a las fuerzas compresivas. En
general, esta recristalización no borra todas las trazas de la estratificación
del esquisto.
Esquistosidad axial. El término se
aplica a la esquistosidad de flujo que ocurre paralelamente al plano axial de
un pliegue.
Esquistosidad de deslizamiento. Se
utiliza actualmente para definir una segunda esquistosidad. Originalmente
implicaba una segunda esquistosidad a lo largo de la cual tuvo lugar un
movimiento deformando los planos de esquistosidad originales. La falsa
esquistosidad se utiliza en el mismo sentido.
Para afirmar de qué
tipo de esquistosidad se trata, es imprescindible tener en cuenta las
relaciones de campo, así como la estructura microscópica. Frecuentemente se
encontrarán dificultades para determinar de qué tipo se trata. Estos términos
mencionados (y a veces otros), con pequeñas diferencias en su significado o
énfasis, son los que se utilizan con mayor frecuencia.
Tipos de Esquistosidad
http://glosarios.servidor-alicante.com/geologia/esquistosidad
Zonas de metamorfismo.
http://faculty.kutztown.edu/friehauf/beer/
En
la imagen se aprecia un mapa de metamorfismo regional de los Highlands
escoceses que proporciona gran información de del tipo de roca.
El concepto de
zonas metamórficas surgió, en un principio gracias a Grubenmann, y más tarde
fue desarrollado ampliamente por Barrow, en áreas de metamorfismo regional de
las tierras altas de Escocia. Él fue el
primero en trazar un gradiente metamórfico determinando una secuencia de zonas
metamórficas en las tierras altas escocesas.
Cada primera aparición de un
mineral índice fue tomada por el Barrow como el comienzo de una nueva zona
metamórfica. Más tarde, los principios básicos de las zonas metamórficas fueron
aclarados por el geólogo finlandés Pentti Eskola, quien introdujo el concepto
de facies metamórficas.
Las zonas son, efectivamente,
«unidades de cartografía» que están definidas por la existencia en rocas, de
composición apropiada, de un mineral índice.
Tabla de zonas de rocas metamórficas
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Metamorphic_zones_EN.svg
Una zona
metamórfica es un área donde, como resultado de metamorfismo, la misma
combinación de minerales se produce en las rocas cama. Estas zonas se producen
porque los minerales más metamórficos sólo son estables en ciertos intervalos de
temperatura y presión. La temperatura y la presión a la que la composición
mineralógica de una roca equilibrada puede variar lateralmente a través de un “terrano”,
que en geología es una abreviatura que se utiliza para terrenos tectonoestratigráficos, que es un
fragmento de material de la corteza formada sobre o interrumpido por, una placa
tectónica y acreción o "sutura" de la corteza situada en la otra
placa. El bloque de la corteza o fragmento conserva su propia historia
geológica distintiva, que es diferente de la de las zonas circundantes - de ahí
el término Terrano de "exótico". La zona de sutura entre un terrano y
la corteza que concede a suele identificar como una falla.
Mayor uso de
terrano simplemente describe una serie de formaciones rocosas relacionadas con
una región con una preponderancia de una roca en particular o grupos de rocas.
Los dos
parámetros juntos determinan el grado metamórfico. La diferencia de grado entre
dos puntos se llama el gradiente metamórfico, mientras que las que conectan los puntos con el mismo
grado metamórfico se llaman isogradas, en geología, un rocas isogrado es un plano
de grado metamórfico constante en el campo;. Separa zonas metamórficas de
diferentes minerales metamórficos índice.
En los mapas geológicos centrados en
terrenos metamórficos (o paisajes sustentados por rocas metamórficas), los
límites entre las rocas de diferente grado metamórficos son comúnmente
demarcadas por líneas isogrado. El isogrado granate, por ejemplo, sería la
primera aparición de granate en las rocas. Las líneas secantes son de isogrados con la
forma superficial de líneas en un mapa geológico.
Los cambios en
la composición mineralógica de un terrano reflejan las diferencias en grado
metamórfico de las rocas. Los minerales que son característicos de un
determinado grado metamórfico se llaman minerales índices. La primera o la última
aparición de un mineral índice (el lugar donde se observa una reacción
metamórfica) forma un isogrado fácilmente reconocible. Una zona metamórfica es
la región entre dos de planos isogrados fácilmente reconocibles. A menudo
llevan el nombre del más característicos mineral índice de la zona.
Si se produce un
cierto mineral índice también depende de la composición de la roca misma.
Muchos minerales índices han complicado composiciones químicas. Si no todos los
elementos necesarios son abundantes, el mineral no crecerá. Al asignar el grado
metamórfico de un terrano, un geólogo tiene que tomar la litología de la roca
en cuenta. Litologías dependen principalmente de la roca protolito, la roca
original antes de metamorfismo. Las principales litologías son ultramáficas,
máficas, félsicas (o quartzo-feldespáticas), pelítico y calcáreos. En todos
estos (y otros) litologías de diferentes combinaciones de minerales se producen
en un cierto grado. Las zonas metamórficas en estas litologías también pueden
ser diferentes.
El tipo de zonas metamórficas en un terrano también están
determinadas por la forma de metamorfismo. Esto depende de la configuración
geodinámica (tectónica y magmática) en el que el metamorfismo tuvo lugar. La
secuencia de las zonas metamórficas se llama serie facies metamórficas, y la
más común de ellas es Barrovian, llamado así después de que George Barrow quien
mencionó por primera vez en 1912. En esta serie de zonas, tanto de la presión y
la temperatura aumentan gradualmente a lo largo del gradiente metamórfico.
El metamorfismo
Barrovian se lleva a cabo durante el metamorfismo regional, causada por
engrosamiento de la corteza de las raíces de un cinturón orogénico (en cadenas
montañosas). Zonas Barrovian son especialmente fáciles de reconocer en las
rocas pelíticas. La secuencia de grado de zonas Barrovian es:
clorito -
biotita - granate - staurolite - cianita - silimanita
A menudo, sólo
una parte de la serie se puede encontrar. Otra serie facies metamórfica es la
serie Buchan, que ve un aumento rápido de la temperatura, pero un aumento
relativamente pequeño en la presión. Minerales característicos incluyen
andalucita, biotita y cordierita. Buchan metamorfismo ocurre a menudo en
entornos extensionales, por ejemplo, en las cuencas de rift. En metamorfismo de
contacto (metamorfismo causado por las altas temperaturas a baja presión en la
vecindad de una intrusión ígnea) una aureola contacto local de las zonas se
forma alrededor de una fuente de calor.
En las rocas en
zonas de subducción, que se transportan a grandes profundidades en las
temperaturas relativamente bajas, tipos raros de zonas metamórficas pueden
desarrollarse. Dos series de facies son los tipos franciscanos y Sanbagawa. Las
rocas se caracterizan por prehnite-pumpellyita, blueschist o facies eclogite
minerales.
Facies metamórficas.
El concepto de
facies metamórficas es una noción fundamental de la Petrología Metamórfica.
Este concepto reemplazó la noción de zonas de profundidad (o depozonas,
epizona, mesozona, catazona, Grubenmann y Niggli, 1924) cuando se hizo obvio
que las condiciones de temperatura (o grado metamórfico) alcanzadas durante el
metamorfismo no están necesariamente relacionadas con la profundidad a la que
ocurre el metamorfismo dentro de la tierra. El concepto de facies fue definido
por Eskola (1915), quien dio la siguiente definición (1920):
“Una facies metamórfica es un grupo de rocas
caracterizadas por conjunto definido de minerales que, bajo las condiciones de
su formación, alcanzaron el equilibrio perfecto entre ellos. La composición
mineral cualitativa y cuantitativa en las rocas de una facies dada varia
gradualmente en correspondencia con las variaciones en la composición química
de las rocas”.
Eskola (1925)
también definió el concepto de facies mineral, en un sentido más amplio y
aplicable tanto a rocas metamórficas como ígneas.
“Una facies
mineral comprende todas las rocas que se han originado bajo condiciones de
temperatura y presión tan similares que una composición química concreta
produce el mismo conjunto de minerales...”
Subsecuentemente,
Eskola (1939) escribió:
“En una facies dada se agrupan rocas para
las que composiciones (químicas) globales idénticas exhiben asociaciones
minerales idénticas, pero cuya composición mineral para composiciones
(químicas) variables varía de acuerdo con leyes definidas”.
La IUGS define
las facies metamórficas, siguiendo a Eskola y otros autores, como:
“Una facies metamórfica es un conjunto de
asociaciones minerales repetidamente asociadas en el tiempo y el espacio y que
muestran una relación regular entre composición mineral y composición química
global, de forma que diferentes facies metamórficas (conjunto de asociaciones
minerales) se relacionan con las condiciones metamórficas, en particular
temperatura y presión, aunque otras variables, como PH2O pueden ser también
importantes”.
Una de las
virtudes de la clasificación de las rocas metamórficas en base al concepto de
facies es que identifica las regularidades en el desarrollo de las asociaciones
minerales, que pueden deberse (las regularidades) a las condiciones P-T
alcanzadas, pero que no intenta precisar tales condiciones.
Debido a la gran
variedad de composiciones químicas de rocas sujetas a metamorfismo, en términos
prácticos es conveniente definir un número limitado de facies que cubran las
condiciones P-T del metamorfismo. Tal y como propuso originalmente Eskola,
estas facies se definen basándose en los cambios mayores sufridos por rocas de
composición basáltica. Aunque es posible definir subfacies (ya sea para
composiciones basálticas u otras composiciones) que particionen el espacio P-T,
esta práctica se ha demostrado improcedente por la gran complejidad que del
esquema de facies y subfacies desarrollable.
Eskola definió 8
facies: esquistos verdes, anfibolitas con epidota, anfibolitas, corneanas
piroxénicas, sanidinitas, granulitas, esquistos con glaucofana (o esquistos
azules, como ahora se las denomina), y eclogitas. Coombs et al. (1959) añadió
las facies de las zeolitas, y una zona de prehnita-pumpellyita, que Turner
(1968) llamó facies de las metagrauvacas con prehnita-pumpellyita. Miyashiro
(1973) usó las diez facies anteriores, aunque renombró la última como facies de
prehnita-pumpellyita (que se ha subdividido en facies de prehnita-pumpellyita,
prehnita-actinolita, y pumpellyita-actinolita, aunque colectivamente que se
agrupan bajo el término facies sub-esquistos verdes). Para rocas de composición
basáltica, los minerales y asociaciones de minerales diagnósticos de estas diez
facies son:
Tabla de facies
Facies
|
Mineral o asociación
mineral diagnóstico
|
Zeolitas
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Zeolitas, como laumontita y heulandita (estos
silicatos cálcicos son los diagnósticos en lugar de prehnita, pumpellyita, o
epidota)
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Sub-esquistos verdes
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Prehnita+pumpellyita, prehnita+actinolita,
pumpellyita+actinolita (prehnita y pumpellyita son los silicatos cálcicos
diagnóstico en lugar de epidota o zeolitas)
|
Anfibolitas con epidota
|
Hornblenda+albita+epidota±clorita
|
Anfibolitas
|
Hornblenda+plagioclasa (Xan > 0.17)
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Corneanas piroxénicas
|
Clinopiroxeno+ortopiroxeno+plagioclasa (olivino
estable con plagioclasa, i.e., baja P)
|
Sanidinitas
|
Clinopiroxeno+ortopiroxeno+plagioclasa (olivino
estable con plagioclasa, i.e., baja P) con variedades de muy alta temperatura
como pigeonita y labradorita rica en K
|
Esquistos azules
|
Glaucofana+epidota±granate, glaucofana+lawsonita,
glaucofana+lawsonita+jadeita (albita estable)
|
Eclogitas
|
Onfacita+granate (plagioclasa no estable, olivino
estable con granate, i.e., alta P)
|
Granulitas
|
Clinopiroxeno+ortopiroxeno+plagioclasa (olivino no
estable con plagioclasa ni granate, i.e., P intermedia)
|
Las facies
metamórficas se encuentran en distintas secuencias regulares. Esto da lugar al
concepto de series de facies metamórficas definido por Miyashiro (1961) como:
“una secuencia
de facies metamórficas desarrolladas bajo el mismo rango de razones P/T, y por
tanto representables como sectores radiales en un diagrama P-T”.
Miyashiro (1961)
distinguió cinco series de facies. Más tarde, Miyashiro (1973) las relacionó
con tipos báricos del metamorfismo: baja presión I, baja presión II
(intermedio), media presión (barroviano), alta presión I (intermedio), y alta
presión II.
Texturas metamórficas.
Las texturas
principales que pueden encontrarse en las rocas metamórficas son cuatro, que se
describen a continuación.
Texturas Metamórficas
http://www.ugr.es/~agcasco/msecgeol/secciones/petro/pet_met.htm
Texturas blásticas en rocas
metamórficas. A) Granoblástica. B) Lepidoblástica. C) Nematoblástica. D)
Porfidoblástica.
a).- Textura granoblástica. Los
cristales forman un mosaico de granos más o menos equidimensionales. Los
contactos entre granos tienden a formar 120º en puntos donde se juntan tres de
ellos (denominados puntos triples). Esto se debe a que esta disposición
morfológica en más estable, ya que se minimiza la superficie total de contactos
entre granos y por ende la energía de superficie, por comparación con otras
disposiciones que implican contactos al azar. Esta textura es común en rocas
monominerálicas como cuarcitas y mármoles, así como en rocas de grado
metamórfico muy alto como granulitas.
b).- Textura lepidoblástica: Está definida por minerales tabulares (en
general filosilicatos, normalmente micas y cloritas) orientados paralelamente
según su hábito planar. El hecho de que esta textura presente orientación
preferente de sus componentes minerales supone que las rocas con esta textura
presentan fábrica planar (o plano-lineal), lo que confiere a la roca una
anisotropía estructural (foliación) según la cual tiende a exfoliarse. Estas
rocas presentan, por tanto, comportamientos mecánicos contrastados según las
direcciones perpendicular y paralela a la superficie de foliación. Esta textura
es la típica de metapelitas (pizarras, micacitas, esquistos y gneises
pelíticos).
c).- Textura nematoblástica: Está
definida por minerales prismáticos o aciculares (e.g., inosilicatos, normalmente
anfíboles) orientados paralelamente según su hábito elongado en una dirección.
Las rocas con esta textura presentarán fábrica lineal (o plano-lineal), lo que
igualmente les confiere una anisotropía estructural (lineación) según la cual
las rocas tienden a escindirse. Esta textura es típica de anfibolitas y algunos
gneises y mármoles anfibólicos.
d).- Textura porfidoblástica: Está
definida por la presencia de blastos de tamaño de grano mayor (i.e.,
porfidoblastos) que el resto de los minerales que forman la matriz en la que se
engloban. La matriz por su parte puede tener cualquiera de las texturas
anteriores (grano-, lepido- o nematoblástica), o una combinación de ellas.
Cualquier tipo de roca metamórfica puede tener textura porfidoblástica, y los porfidoblastos
pueden ser de cualquier mineral que la forme.
Clasificación de las rocas metamórficas
A partir de los
criterios de tipo y grado de metamorfismo, texturas, estructuras y fábricas, y
composición de la roca original, se pueden clasificar las rocas metamórficas.
Las más comunes son las que siguen.
Pizarra y filita: Rocas pelíticas de
grano muy fino a fino. Está compuestas esencialmente de filosilicatos (micas
blancas, clorita,...) y cuarzo (si es muy abundante puede denominarse entonces
cuarzofilita); los feldespatos (albita y feldespato potásico) también suelen
estar presentes. Este tipo de roca presentan foliación por orientación
preferente de los minerales planares (filosilicatos), y son fácilmente
fisibles.
Pizarra
http://thelandcommunity.blogspot.com/2011/12/geology.html
En la imagen, una roca metamórfica llamada pizarra,
que es homogénea y formada por la compactación de arcillas. Se presenta
generalmente en un color opaco azulado oscuro y dividida en lajas u hojas
planas siendo, por esta característica, utilizada en cubiertas y como antiguo
elemento de escritura.
Esquisto: Roca pelítica de grano medio
a grueso y con foliación marcada (en este caso de denomina esquistosidad). Los
granos minerales pueden distinguirse a simple vista (en contra de las filitas y
pizarras). Los componentes más abundantes son moscovita, biotita, plagioclasas
sódicas, clorita, granates, polimorfos del silicato de aluminio (andalucita,
silimanita, distena), etc. A veces pueden tener altas concentraciones de
grafito, por lo que toman un color oscuro (al igual que las pizarras y
filitas).
La roca metamórfica llamada esquisto
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b2/SchistUSGOV.jpg
geneis
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/60/Gneiss.jpg
En la imagen, “gneis” una roca metamórfica
compuesta por los mismos minerales que el granito (cuarzo, feldespato y mica)
pero con orientación definida en bandas, con capas alternas de minerales claros
y oscuros. A veces presenta concreciones feldespáticas distribuidas con
regularidad, denominándose en este caso gneis ocelado.
Anfibolita: Roca compuestas
esencialmente por anfíboles (en general hornblenda) y plagioclasa de
composición variable. La esquistosidad no suele estar muy desarrollada, aunque
los prismas de anfíbol suelen estar orientados linealmente (lo cual genera
lineación). Proceden en su mayoría de rocas ígneas básicas (ortoanfibolitas) y
margas (paraanfibolita).
Anfibolita
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/9e/Mineraly.sk_-_amfibolit.jpg
La imagen muestra a la roca, La anfibolita es un tipo de roca metamórfica compuesta en su mayor parte de minerales anfíboles. Son las rocas más antiguas jamás encontradas, con una edad aproximada de entre 4.200 y 4.300 millones de años.
Mármol: Roca de grano fino a grueso
compuesta esencialmente por carbonatos (calcita y/o dolomita) metamórficos.
Normalmente, los mármoles no presentan foliación, debido a la ausencia o
escasez de minerales planares. Su estructura es variada, aunque abundan la
masiva y bandeada, y su textura es típicamente granoblástica. Su color es muy
variado, desde blanco, gris, rosa a verde.
Resultan de la recristalización de
rocas calizas de cualquier tipo, por lo que no pueden observarse los
componentes originales como bioclastos, oolitos, etc. Los mármoles no deben
confundirse con calizas esparíticas sedimentarias, que sí presentan los
componentes originales, aunque más o menos modificados por los procesos
diagenéticos. De hecho, gran parte de las rocas que comercialmente se conocen
con el nombre de mármol, son rocas carbonatadas sedimentarias.
El Mármol
En la imagen, Mármol, una roca metamórfica
compacta formada a partir de rocas calizas que, sometidas a elevadas
temperaturas y presiones, alcanzan un alto grado de cristalización
Cuarcita: Roca de grano medio a fino,
constituida esencialmente por cuarzo (más del 80 %) y algo de micas y/o
feldespatos. Las cuarcitas derivan de rocas sedimentarias detríticas ricas en
cuarzo (areniscas cuarcíticas) con las que no deben confundirse. Son rocas
masivas o bandeadas, sin foliación marcada y textura granoblástica deformada o
no.
cuarcita
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/be/Quartzite_2_jpg.jpg
En la imagen, La cuarcita, se forma por recristalización a altas
temperaturas y presión. La cuarcita
carece de foliación (es una roca metamórfica sin foliación) Si presenta capas
de ojuelas paralelas de mica blanca la roca obtiene una estructura esquistosa y
pasa a llamarse esquisto de cuarzo.2 3 Tiene una meteorización lenta y produce
suelos inusualmente delgados y magros. Su resistencia a la erosión hace que
formaciones de cuarcita sobresalgan en el paisaje, como es el caso de numerosas
crestas en los montes Apalaches.
Corneana: Roca no esquistosa
desarrollada por metamorfismo de contacto sobre rocas originariamente
pelíticas. La composición mineral es muy similar a la de los esquistos, aunque
presentan algunas diferencias mineralógicas, como cordierita y andalucita. La
textura es granoblástica, la estructura generalmente masiva masiva y la fábrica
no orientada. Cuando una roca metamórfica es de contacto suele ser adjetivada
con el término “corneánico/a”, independientemente que su composición sea o no
pelítica (e.g., mármoles corneánicos).
Corneana
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/71/Hornfels.jpg
En la imagen, La serpentinita es una roca metamórfica compuesta principalmente de serpentina. Las serpentinitas se forman cuando rocas máficas son alteradas por la circulación de agua hidrotermal en un proceso llamado serpentinización. Los protolitos de la serpentinita pueden ser la dunita o la peridotita entre otros. La serpentinización es un proceso exotérmico donde se consume agua y se libera calor.
En la imagen, Coreana, un tipo de roca
metamórfica de contacto, muy dura, capaz de resistir la acción glacial, que se
produce al hornearse y endurecerse por el calor de las masas ígneas intrusivas.
Son conocidas como Hornfels que es una palabra alemana, que significa "piedra con
forma de cuerno", debido a su frecuente asociación con el "Glacial
del Matterhorn", en los Alpes. La
mayoría de los Hornfels son de grano fino, y mientras que las rocas originales
(tales como las calizas, areniscas o pizarras) pueden ser más o menos fisibles
en función de la existencia o no de planos de fractura, este tipo de estructura
no se da en las hornfels. El color usual en estas rocas va desde el marrón
oscuro al negro, con lustro derivado de la presencia de cristales de mica,
negra brillante.
Serpentinita: Roca compuesta
esencialmente por minerales del grupo de la serpentina (antigorita, crisoltilo,
lizardita...), con proporciones variadas de clorita, talco, y carbonatos
(calcita, magnesita). Son rocas generalmente masivas, aunque pueden presentar
cierto bandeado composicional. Proceden de rocas ultrabásicas, constituidas
esencialmente por olivino y piroxenos, hidratadas durante el proceso
metamórfico. Estas rocas son conocidas comercialmente como mármoles verdes, aunque
en sentido estricto no son mármoles.
Estos tipos
descritos pueden proceder una misma roca, difiriendo en cuanto al grado
metamórfico sufrido. Así por ejemplo, una pelita (o metapelita) de grado muy
bajo se denomina en general filita o pizarra, en grado bajo sería una micacita
o un esquisto, en grado medio un esquisto y en grado alto un esquisto o un
gneis pelítico; una roca máfica sería un esquisto verde en grado bajo (esquisto
con abundante clorita y albita) o una anfibolita en grado medio.
Las rocas
metamórficas foliadas (e.g., esquistos, gneises) no han sido especialmente
utilizadas como material de construcción debido a la fuerte anisotropía que
presentan en cuanto a sus características mecánicas, que suponen una fácil
exfoliación y rotura paralelamente a la superficie de foliación y/o lineación.
Serpentinita
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e0/Serpentinite.JPG
En la imagen, La serpentinita es una roca metamórfica compuesta principalmente de serpentina. Las serpentinitas se forman cuando rocas máficas son alteradas por la circulación de agua hidrotermal en un proceso llamado serpentinización. Los protolitos de la serpentinita pueden ser la dunita o la peridotita entre otros. La serpentinización es un proceso exotérmico donde se consume agua y se libera calor.
Bibliografía
http://en.wikipedia.org
http://www.ugr.es/~agcasco/msecgeol/secciones/petro/pet_met.htm
http://www.ugr.es/~agcasco/msecgeol/secciones/petro/pet_met.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/Metamorphic_zone
http://sedimentologiandina.blogspot.com/2010/02/informe-tecnico-de-geologia-de.html
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