¿Qué es geología? Ciencia de la tierra: cómo se ha formado, de qué está hecha, su historia y los cambios que han tenido lugar sobre ella y en ella. Las -feras En la tierra se presentan cuatro "sferas": Atmósfera, hidrosfera, biosfera y litosfera. La geología es la ciencia de la litosfera y sus relaciones con las otras "-feras". La intersección de Litosfera-Atmósfera presenta todos los procesos como erosión y meteorización. La intersección de Hidrosfera-Litosfera trata del agua subterránea transporte en el agua, ambiente de río. El conjunto de biosfera-litosfera se trata de la vida en las épocas pasadas, la evolución, los fósiles y en general la paleontología 1.) La Atmósfera: Gases que envuelven la tierra. 2.) Hidrosfera: Todo el agua en, sobre o por encima de la superficie terrestre: 1 océanos, ríos, lagos, agua subterránea, lluvia. 3.) Biosfera: Parte del mundo en la cual están presentes los seres vivos: La superficie de la tierra, el suelo, los mares, el aire. Parte sólida exterior de la tierra. 4.) Litosfera: Especialidades de la geología Geofísica: Estudio de la física de la tierra: anomalías de gravedad, discontinuidades en la prolongación de ondas sísmicas- sismología, campo magnético de la tierra. Geoquímica: La distribución de los elementos químicos en distintas partes de la corteza terrestre. Composición química de diferentes rocas y minerales. Mineralogía: Estudio de los minerales: Estructuras internas de los minerales, composición química, clasificación. Petrología Estudio de las rocas, su origen, los procesos de su formación, su composición. Petrografía Es un ramo de la petrología, que se ocupa de la descripción de las rocas, de su contenido mineral y de su textura, de la clasificación de las rocas. Geoquímica Especialmente se estudia la distribución y la abundancia de los elementos en las distintas partes de la tierra y se trata de explicar la distribución de los elementos en las rocas por medio de procesos geológicos como por ejemplo la cristalización por diferenciación a partir de un magma, por procesos hidrotermales, que han influido la roca, por procesos metamórficos entre otros. Geología estructural Análisis e interpretación de las estructuras tectónicas en la corteza terrestre. Conocimiento de las fuerzas en la corteza que producen fracturamiento, plegamiento y montañas. (Fallas-Pliegues-Orogénesis). Geología Regional Se estudia la geología de distintas regiones como de América de Sur, de Europa, de Chile, de la región de Atacama en detalle, es decir la historia geológica, la 2 distribución de las rocas, de los yacimientos, el estilo de deformación de las rocas de la región en cuestión entre otros Geología Histórica Estudio de las épocas geológicas desde la formación de la tierra aproximadamente 4,6 Ga (=4600Ma) atrás hasta hoy día, de cada época se estudia los procesos geológicos importantes, que han ocurrido en la tierra, la composición y estructura de la tierra y de la atmósfera, la posición de los polos y de los continentes, dónde se han formado montañas y cuencas sedimentarias, el desarrollo de la vida en cada época, cuando aparecieron las distintas formas de la vida. Una herramienta importante de la Geología Histórica es la Geocronología Paleontología. Estudio de la vida de épocas geológicas pasadas; estudio de los fósiles: Clasificación, reconocimiento. Mejorar el conocimiento de la evolución. Estratigrafía Estudio de las rocas estratificadas, por su naturaleza, su existencia, sus relaciones entre sí y su clasificación. Sedimentología Estudio de los sedimentos (arena, arenisca, grava, conglomerado) y su formación. Análisis del ambiente de deposición como las propiedades físicas en el agua de un río (velocidad de la corriente y otros). Mecánica de suelos Estudio de las propiedades de los suelos para encontrar terreno apto para la construcción, para calcular y evitar riesgos geológicos como por ejemplo deslizamiento de escombres de faldas. Hidrogeología Investigaciones de la cantidad y calidad del agua subterránea, cual es el agua presente debajo de la tierra. Se trata de la interacción entre roca, suelo y agua. Geología Económica Exploración de yacimientos metálicos o no-metálicos. Evaluación de la economía de un yacimiento o producto mineral. Exploración/Prospección Búsqueda de yacimientos geológicos con valor económico. Por medio de la geofísica, geoquímica, mapeo, fotos aéreas y imágenes satelitales. Geología Ambiental 3 Búsqueda de sectores contaminados, formas y procesos de contaminación. Especialmente de agua, agua subterránea y suelos. Investigación de la calidad de agua y suelo. Relaciones con otras ciencias La Geología y su relación con las ciencias básicas y ciencias relacionadas: Para entender los procesos geológicos es necesario conocer algunos principios físicos, químicos, biológicos y matemáticos. Los principios físicos por ejemplo son importantes para entender la destrucción física de rocas en un río, la acumulación de arena y bloques. La química nos ayuda a entender la formación de minerales y de algunas rocas (minerales son compuestos químicos con formula). Conocimiento de la biología actual es muy importante para entender la vida de las épocas pasadas. Historia de la geología como ciencia XENOPHANES (600 años ante Cristo): Los fósiles eran animales, que vivieron antes. HERODOTOS (450 años ante Cristo): Una inundación del río Nilo produce una capa muy delgada de sedimentos, concluyó que la formación del delta del Nilo debe haber pasado dentro de varios miles de años. STRABO (63 a. Cristo -19 después Cristo): Movimiento de la tierra en la forma vertical: por eso hay fósiles del mar en las montañas altas. Explicación de las fuerzas tectónicas. 4 AVICENNA (980-1037): Clasificación de Minerales, descripción de las rocas sedimentarias, erosión. Los procesos geológicos son lentos no como un diluvio en acción. BIRUNI (973-1048): Medición del peso específico de los minerales. LEONARDO DA VINCI (1452-1519): Describió la fosilización, el cambio de un animal a un fósil. Rechazó la idea de un diluvio mundial. FRACASTORO (1517): ¿Porqué se murieron los animales qué vivieron en el mar a causa de un diluvio mundial? (La mayoría de los científicos de esta época indicaron los fósiles como un apoyo de la teoría de un diluvio global) AGRICOLA (1494-1555): Los primeros libros científicos sobre la geología y metalurgia (“ De re metallica"). · Texto en el www: (Gold). STENO o STENSEN, Nils (1638-1687): La primera ley geológica: Los estratos superiores son más jóvenes que los estratos inferiores. (véase cap.10) El siglo 18: Dos teorías en competencia: a) Neptunistas: Todas las rocas tienen sus raíces en la deposición en los mares (WERNER) b) Plutonistas o Vulcanistas: Todas las rocas se forman por magma (vienen de una fundición) (HUTTON) SMITH, William (1769-1839): Segunda ley geológica: Cada estrato tiene su contenido característico en fósiles. LYELL (1797-1875): Principio de actualismo: Los procesos en el pasado fueron los mismos como hoy y viceversa. DARWIN, Charles: Publicó 1859 "On the Origin of species by natural selection. La teoría de la evolución por selección natural. -->DARWIN EN COPIAPÓ DANA (1873): Teoría de los geosinclinales: explicación de la formación de montañas; rechazo de acciones catastróficos como formador de montañas KELVIN (1897): Kelvin dedujo la edad de la tierra por su velocidad del enfriamiento: 20-40 millones años (no tomó en cuenta la radioactividad) RUTHERFORD (1905): Primer medición de una edad absoluta (U/He): Edad de la tierra mayor de 2 ga. (2.000.000.000). Hasta 1906: Teorías geotectónicas: teoría de la expansión de la tierra, teoría de la contracción de la tierra y la teoría de geosinclinales (Todas las teorías usaban continentes fijos-estables) WEGENER (1912) Teoría de la deriva continental: Los continentes están flotando (se mueven!) algunos se separaron o se chocaron: Está teoría fue rechazada en está época, pero en los años ´60/´70 fue aceptada por la gran mayoría de los científicos. NIER & MATTAUCH (1930): Primer espectrómetro de masas, para determinar diferentes isótopos de un elemento. SCHUCHERT (1931): Datación radiométrica de la tierra con 4 ga. (4 giga años = 4.000.000.000 años) 5 El universo: El universo contiene Edad Número de Galaxias Estrellas en la vía láctea Estrella más grande 1080 átomos 1050 ton. métricas 20 mil millones de años 75 Millones 75 Millones VV Cephei (2400 diámetros del sol) El universo finito pero ilimitado: a) Paradójico de OLBERS: El universo tiene que ser finito (con volumen calculable) El paradójico de Olbers aprueba que el universo tiene que ser finito: I) Universo infinito =cantidad de estrellas infinitas II) cantidad estrellas infinitas = cantidad de luz infinita III) cantidad de luz infinita =espacio (universo) luminoso IIII) pero el universo no es luminoso, la noche es oscura, por eso el universo no puede ser infinito, tiene que ser finito. b) Un universo "curvado" de 3 dimensiones es finito pero para el ser humano ilimitado. Imaginase un ser vivo solo conoce una dimensión es decir conoce solo atrás y adelante. Una soga sería su mundo, un mundo finito y limitado. Finito significa su mundo tiene un espacio calculable. Limitado significa su mundo tiene límites. Para mejorar su vida, solo tenemos juntar los extremos de la soga, y el ser vivo tiene un mundo ilimitado. Todavía su mundo es finito, es decir su mundo tiene un espacio calculable. Lo mismo se puede hacer con dos dimensiones. Un animal que solo conoce dos dimensiones (adelante-atrás; derecha izquierda) un plano horizontal (papel) sería su mundo finito y limitado. Un esfero corresponde al mundo finito pero ilimitado. 6 Este animal no conoce arriba y abajo, por eso no entiende la forma esférica. En tres dimensiones, nosotros somos el animal. Para nosotros existen 3 dimensiones. Entendemos nuestro mundo con tres dimensiones en la forma finita y limitada. La forma correcta (verdadera) de ser finito y ilimitado es para nosotros inexplicable. El universo es en expansión: a) Big Bang (gran explosión) hace 20 Mil Millones atrás b) Desplazamiento de luz hacia al rojo (Efecto Doppler) : Las líneas espectrales de algunas estrellas llegan a la tierra con una frecuencia mas hacia al rojo como normal. Composición del universo: El universo se compone por su gran parte de hidrógeno (más de 92%). Helio como elemento químico inerte que casi no entra a rocas y minerales marca con 7,4 % el segundo lugar. Los elementos comunes presentes en la tierra muestran cantidades inferiores al respeto de la composición total del universo. De un millón átomos son: 7 H 924.000 He 74.000 O 830 C 470 N 84 Ne 82 Si 33 Fe 32 S 18 Ar 8 Al 3 Ca 3 otros 2 Rango de elementos químicos no inertes: En comparación a Universo - Ser vivo - La tierra se nota que el universo y los seres vivos muestran una composición bien parecido: Los cuatro elementos (no inertes) más importantes en ambos son H, O, C y N. Solo los rangos son diferentes. La Tierra tiene una composición totalmente diferente: Hierro, Oxígeno, Sílice y Magnesio marcan la mayor abundancia. H Universo O C N C Ser vivo O H N Fe La Tierra O Si Mg El sistema solar y las planetas: Nombre El sol Mercurio Venus Tierra Distancia del sol en millones de km 0 58 107 149 Densidad(g/c Diámetro(km) m3) (Peso especifico) 1.392.000 1,41 4.835 5,69 12.194 5,16 12.756 5,52 8 Composición de la atmósfera ? no tiene CO2 N2, O2 Luna Marte Júpiter Saturno Uranio Neptuno Plutón 226 775 1421 2861 4485 5860 3.476 6.760 141.600 120.800 47.100 44.600 14.000 3,34 3,89 1,25 0,62 1,60 2,21 ?4,2 no tiene CO2, N2, Ar H2, He H2, He H2, He, CH4 H2, He, CH4 ? Sol - tierra Las estaciones El eje inclinado de la tierra y la rotación de la tierra alrededor de sol (1 año = una vuelta) provocan las estaciones. En febrero el hemisferio sur muestra una inclinación hacia al sol. En junio el hemisferio norte se inclina más hacia al sol. Distancia sol- tierra En junio/julio la distancia de sol - tierra es más grande que en enero. Significa que en el verano del hemisferio sur la energía qué llega a la tierra es mayor que en la del verano del hemisferio norte (véase figura arriba). 9 Además la distancia tierra-sol ha cambiado varias veces en la historia terrestre. Estas variaciones eran muy pequeñas, pero provocaron posiblemente cambios climáticos o épocas glaciales globales Energía del sol Al nivel del mar llegan 0,7 KW/m2 En una altura de 3460m llegan 1,0 KW/m2 El movimiento de precesión La precesión fue descubierta por HIPPARCH de Nikäa (190 - 125 antes d.C.). En la física la precesión se define como la desviación del eje de un trompo (= giroscopio) causada por un par de fuerzas exteriores El ecuador terrestre está inclinado alrededor de 23°27' con respecto a la órbita, que describe la Tierra en torno al sol. La Tierra gira alrededor de su propio eje igual a un trompo (giroscopio). El sol y la luna ejercen un par de fuerzas a la Tierra. Según las leyes físicas la Tierra no puede seguir el par de fuerzas ejercido por el sol y la luna. En vez de seguir la Tierra desvía en forma perpendicular. Bajo la influencia del sol y de la luna la Tierra realiza un movimiento de precesión, es decir una desviación de su eje giroscópico. La forma de este movimiento de precesión es la superficie cónica, cuyo eje es la normal a la órbita de la Tierra en torno al sol. Cada 25700 años la Tierra se mueve completamente de esta manera. Una de las consecuencias de la precesión de la Tierra es la variación de las coordenadas de las estrellas, que siempre deben ser acompañadas con la fecha, en que fueron determinadas. Las manchas solares Aprox. cada 11 años el sol muestra un máximo de manchas solares: Baja la energía, esto provoca cambios climáticos en la tierra. Las manchas solares afectan la tierra: cada 11,07 años se observa un máximo de actividad de las manchas solares. Posiblemente en períodos de mayor actividad de las manchas solares baja la energía procedente del sol y en consecuencia cambia el clima. Además las manchas solares son de alta intensidad magnética (hasta 500.000µT, intensidad del campo magnético de la Tierra = 50µT = 50.000g). Después de un período de 11 años los rasgos magnéticos son invertidos, después de un período de 22 años los rasgos magnéticos se vuelven nuevamente normales. Viento solar Emisión de electrones y protones, los cuales producen la aurora boreal en las regiones polares. Afectan la comunicación por radio. 10 La luna-tierra Formación de la Luna: La luna tiene la misma edad de la tierra. Existen tres teorías del origen de la luna: a) La tierra capturó la luna. b) La luna se separó de la tierra. c) Luna y tierra se formaban juntos en una neblina de materia. Las mareas La luna afecta a la tierra por su influencia de campo gravitatorio: Las mareas (marea alta y marea baja) es un cambio del nivel del mar cada 6 horas. En los océanos grandes tienen su origen del campo gravitatorio de la luna. En algunas partes del mundo (Francia) la diferencia entre marea alta y marea baja alcanza 12m. También la tierra firme, los continentes sufren esta fuerza, se piensa que existe un movimiento de 30 cm vertical cada 6 horas. Meteoritos Pequeño cuerpo sólido del espacio que ha caído sobre la superficie. cada día está llegando una cantidad de 1000 - 10.000 toneladas a la tierra Tipos de meteoritos Los meteroides son fragmentos de materia sólida del espacio exterior, que entran en la atmósfera. La mayoría de sus partículas son extremadamente minúsculas, se vaporizan al penetrar en la atmósfera generando sólo una ligera estela luminosa llamada meteoro. Cada día entre 1000t y 10.000t de meteoroides penetran en la atmósfera. Meteorito Un meteorito es un meteoroide, que al penetrar en la atmósfera no vaporiza completamente y alcanza parcialmente la superficie terrestre dejando material rocoso exótico en ella.Los meteoritos se consideran unos fragmentos de los primeros cuerpos planetarios formados en el sistema solar. Bólido Un bólido es un destello que acompaña la caída de un meteorito. Con base en su composición se distingue los siguientes tipos de meteoritos: 11 1. Meteorito férrico (siderita): compuesto casi completamente de una aleación de Fe-Ni con un contenido en Ni entre 4 - 20% (6 - 9%). Se distinguen los tipos siguientes: 1a) Hexaedrito: con las líneas de NEUMANN, que aparecen al corroer ligeramente una superficie pulida. 1b) Octaedrito con las figuras de WIDMANSTÄTTEN, que aparecen al corroer ligeramente una superficie pulida. Su formación se explica con un enfriamiento muy lento desde una temperatura alta. No se conoce las figuras de WIDMANSTÄTTEN en Fe terrestre. Se los interpretan como los núcleos de los primeros cuerpos planetarios, en los cuales tuvo lugar el proceso de diferenciación. 2. Meteorito rocoso o meteorito pétreo (aerolito): de minerales silicatos principalmente de olivino y piroxeno con cantidades menores de Fe-Ni (un 20% o menos según STRAHLER, 1992). Los meteoritos rocosos se subdividen en: 2a) Condritos: con cristales de olivino o piroxeno en forma de bolitas (= cóndrulos) de un tamaño de 1mm de diámetro. Se los deriva de los primeros cuerpos planetarios del sistema solar. 2b) Acondritos: sin cóndrulos, de textura cristalina de grano grueso. Por su textura similar a la textura de rocas plutónicas terrestres se concluye que en los primeros cuerpos planetarios han ocurrido procesos de fusión y la recristalización. Los meteoritos rocosos son los más abundantes en la tierra, y de ellos los condritos. 3. Meteorito férico-rocoso (siderolito) constituido de una mezcla heterogénea de NiFe y silicatos. Según la naturaleza de los silicatos se distingue 4 clases de meteoritos férico-rocosos. La abundancia de los meteoritos en la tierra es aproximadamente la siguiente: Tipo de meteorito Meteorito rocoso Meteorito férrico Meteorito férico-rocoso Abundancia Propiedades en % Olivino 94 Piroxeno 4,5 Ni, Fe 1,5 Si, Ni, Fe Las determinaciones de edades absolutas en todos los tipos de meteoritos por los métodos U-Th-Pb, K-Ar y Rb-Sr apuntan a edades alrededor de 4,5Ga, lo que es 700Ma mayor que la roca más antigua encontrada en la Tierra. Al inicio de la década 1970 científicos japoneses encontraron grandes cantidades de meteoritos en los campos de hielo azul en la Antártica. Al parecer los meteoritos aterrizaron en la alta región interior de acumulación de nieve, fueron transportados 12 en el hielo hasta llegar a las zonas de ablación prolongada e intensa (ablación = disminución del hielo por evaporación y descongelamiento). El estudio del mecanismo de transporte de los meteoritos en el hielo resultó en el descubrimiento de más meteoritos en otras zonas de ablación de los campos de hielo de Antártica. Impacto de un meteorito En el momento del impacto de un meteorito salen ondas de choque (aumento de la presión). Por las fuerzas del impacto la temperatura en las rocas de la tierra y en el meteorito se aumentan. Si el objeto es muy grande tal vez las rocas se evaporan por la alta temperatura. La onda de choque destruye la estructura interna de las rocas y con la temperatura se provocará un metamorfismo de choque con la formación de minerales de alta presión como Coesita (2,93g/cm3, entre 20 y 80kbar) y Stishovita (4,35g/cm3, a p >= 80kbar). Ambos son modificaciones de alta presión de SiO2, con la misma composición química como el cuarzo, pero de estructura atómica y molecular distinta, más compacta. Al final queda un cráter con algunos trozos de material espacial adentro. Si el clima esta húmedo, rápidamente esta estructura se rellenará con agua, para formar una laguna. Por la erosión y el transporte este laguna va a rellenarse con sedimentos jóvenes y la laguna desaparece. Al final aflora una estructura redonda con sedimentos jóvenes en el centro, más afuera se encuentran rocas metamórficas destruidas/fragmentadas y al margen de la estructura rocas solamente fragmentadas. Tal vez encerrada por una colina redonda. Los impactos más grandes El meteorito más grande fue encontrado en 1920 en la finca 'Hobafarm' en SWAfrica. Se trata de un meteorito de Fe de 60t de masa y con las dimensiones 2,95 x 2,84 x 1,25m3. Se hundió 1,5 m en el suelo. Hoy día es un santuario de la naturaleza. 13 Los cráteres de impactos más grandes de la tierra son: Arizona (USA), Cañun Diabolo con un diámetro de 1295m, de 174m de profundidad. Se ha calculado un peso de 10.000.000 toneladas y un diámetro de 150m para el meteorito aterrizado en Arizona. De esta masa se ha encontrado sólo alrededor de 30t. El impacto pasó 1000 a 50.000a atrás. Alemania: Nördlinger Ries con un diámetro de 25km y una edad de 15Ma. El meteorito no existe, se vaporizó completamente. Canadá, NW-Quebec, un cráter de 3600m de diámetro, de profundidad mayor a 180m. Hoy día el cráter alberga un lago en su interior. Datos generales de la tierra >Radio ecuatorial : 6378 km >Radio polo/polo: 6357 km La tierra no es un globo. A causa de la rotación de la tierra el radio ecuatorial es 21 km más largo como el radio polo N-polo S. La forma de la tierra entonces es un elipsoide de rotación. >Volumen : 1,083 X 1012 km3 >Masa : 6 X 1021 ton. >Peso especifico promedio : 5,517 g/cm3 La tierra tiene una densidad o peso especifico relativamente alta. (una roca común como cuarzo tiene solamente 2,65 g/cm3). La causa es la acumulación de minerales pesados en el núcleo y el manto a causa de la diferenciación. Es decir los minerales pesados durante y despúes de la formación de la tierra se movieron hacia abajo, los livianos se quedaron en la corteza. >Edad : 4,65 mil millones de años >Rocas mas antiguas : 3,75 mil millones de años La tierra se formó 4650 millones años atrás. Las rocas más antiguas de la tierra que se conoce marcan un edad de 3750 millones de años >Océanos/Continentes La tierra firme solo cubre 29% de la tierra, el resto son los océanos. Superficie de los océanos (total) Superficie de los Mar baja Mar de alta continentes profundidad profundidad 9 X 107 km2 27 X 107 km2 14 18 % 29% 15 X 107 km2 53 % 71% >Altura promedia de la tierra firme : 623 m >Profundidad promedia de los océanos : 3800m La presencia de dos tipos de corteza (corteza oceánica y corteza continental) con diferentes propiedades físicas provocan una bimodalidad del histograma de las alturas. Es decir la tierra tiene dos alturas comunes. Para los océanos el promedio es 3800 m de profundidad. El promedio para los continentes es 623m. Edad de la tierra Historia: Los científicos de los últimos siglos no tenían métodos para medir las edades absolutas en las rocas. Solo edades relativas (cronología) se detectaron. Estimaciones de edades absolutas por el espesor de capas y velocidad de sedimentación no llegaron a resultados satisfactorios. 1654 USHER: La tierra se formó 4004 antes Cristo. 1715 HALEY: Estimación de la edad por las sales qué contiene la tierra y el mar. 1897 LORD CELVIN: 20-40 millones de años 1899 JOLY: 90 millones de años. 1931 SCHUCHERT: 4.000 millones de años Solo el método por la medición de la descomposición radioactiva de algunos isótopos (U, Rb, C) llegó al fin a edades absolutas de la formación de rocas. Hoy sabemos qué la tierra tiene un edad de 4.750 millones de años. Se puede medir este edad por medio de isótopos radioactivos y su descomposición permanente 3. Geología de la tierra (corte). 15 La tierra joven probablemente era una mezcla homogénea sin continentes y sin océanos. Mediante el proceso de diferenciación el hierro y el níquel bajaron hacia al centro de la Tierra y los elementos más livianos subieron hacia la superficie y formaron la corteza. Hoy día la Tierra está construida por zonas. Estructura interna de la Tierra 0-40km: corteza continental en parte está dividida por la discontinuidad de Conrad, que no está continua, en una zona superior y una zona inferior. La discontinuidad de Conrad no está desarrollada en todas las partes de la corteza terrestre. Normalmente la discontinuidad de Conrad se ubica en una profundidad de 15 25km. En montañas altas la corteza continental es más ancha. En los Alpes la corteza continental llega hasta una profundidad de 55km. Generalmente la zona superior de la corteza se constituye de rocas metamórficas de grado medio y alto influidas por procesos anatécticos (=fundición) y magmáticos. Su composición media es probablemente granodiorítica. La zona inferior de la corteza continental tiene probablemente una composición similar a la de los gabros y basaltos, es decir los elementos Si, Al y Mg son los elementos principales. 16 Discontinuidad de Moho es la divición entre corteza y manto. hasta 700km: manto superior de una litosfera sólida y rígida y de una astenosfera parcialmente fundida subyacente, plástica. 700 - 2900km: manto inferior Discontinuidad de Gutenberg es la división entre manto y núcleo 2900 - 4980km: núcleo exterior líquido de hierro 4980 - 6370km: núcleo interior sólido y denso de hierro La corteza de la tierra Composición de la corteza terrestre: Elemento químico O Si Al Fe Ca Na K Mg Ti % de atomos % por peso 62,1 22,0 6,5 1,8 2,2 2,1 1,3 1,6 - 46,5 28,9 8,3 4,8 4,1 2,3 2,4 1,9 0,5 Existen dos tipos de corteza: La corteza continental y la corteza oceánica. La corteza continental incluye los continentes y los sectores del mar de baja profundidad. La corteza oceánica se encuentra en los sectores oceánicos de alta profundidad. La Tierra muestra una distribución de las alturas bimodal. Es decir hay dos cotas más frecuentes en la tierra: 4700 m abajo del nivel del mar y 100 m sobre el nivel del mar. Sí solo existe un tipo de corteza, se esperan matemáticamente solo una cota más frecuente con una distribución gaussiana. La bimodalidad de la distribución de cotas dice claramente que hay dos tipos de corteza. Un tipo que se encuentra en la mayoría en 4700 m metros bajo del nivel del mar (corteza oceánica) y un otro tipo que en 17 la mayoría se encuentra 100 m sobre el nivel del mar (corteza continental). La corteza continental tiene una composición química diferente como la corteza oceánica. La Corteza oceánica tiene una mayor cantidad en aluminio, hierro, magnesio, calcio y potasio. Elemento químico SiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MgO CaO Na2O K2O Corteza Corteza continental (en oceánica (en %) %) 60,2 48,7 15,2 16,5 2,5 2,3 3,8 6,2 3,1 6,8 5,5 12,3 3,0 2,6 2,9 0,4 Otras diferencias entre las diferentes cortezas: Peso especifico Espesor Altura Edad Rocas Corteza continental menor (más liviano) grueso (30-70km) entre -200m hasta 8849m tal vez antigua rico de Si 18 Corteza oceánica mayor (más pesado) Delgado (6-8km) Fondo del mar más joven (jurasico) pobre de Si La corteza continental es más liviana como la corteza oceánica, por eso la corteza oceánica se encuentra principalmente en regiones más profundos. Corte de la corteza oceánica 0 sedimentos del océano profundo (sedimentos pelágicos) 0,5 km 0 hasta lavas del tipo almohada (pillows) 1,7 km hasta diques (sheeted complex) 1,8 km hasta gabro: cámara de magma 3,0km: 10 debaj peridotita (de olivino y piroxeno) en forma de capas km o debaj peridotita sin estructura de capas o Métodos de investigación ¿Cómo se puede encontrar informaciones del interior de la tierra? 1. Perforaciones: Por medio de sondajes se puede investigar solamente los primeros 12 kms. La perforación más profundo del mundo se realizaron en la ex-Unión Soviética con una profundidad de 12km. Significa de 6370 km del radio del globo terrestre se perforaron solamente 12 km. La ventaja de sondajes son la posibilidad de tomar muestras de distintas profundidades. 2. Métodos geofísicos: a) Sismología: Por medio de ondas sísmicas se puede detectar discontinuidades, cambios petrográficos, diferenciar entre rocas sólidas y rocas fundidas. Este método es el más importante en la investigación de la geología del interior de la tierra. b) Gravimetría: La Gravimetría detecta anomalías de la gravedad, cuales permiten una calculación de la densidad y/o del espesor de la corteza terrestre. 3. Volcanología: Algunos (pocos) volcanes tienen su camera de magma en altas profundidades (manto superior). La análisis de estas rocas volcánicas dan informaciones de estas profundidades. 19 ¿Qué información nos dan las rocas? Se quieren reconocer los minerales de los cuales las rocas están compuestas y el modo de construcción de las rocas por sus componentes principales. Se quieren reconocer el origen de las rocas: En el caso de las magmatitas: ¿Qué tipo de magma corresponde a la roca ígnea, p.ej. qué composición tiene un magma, que forma las andesitas y dónde se produce este tipo de magma? En zonas de subducción en los cinturones orogénicos y arcos insulares por la fusión parcial de la placa de corteza oceánica descendente. En el caso de las rocas sedimentarias: ¿Cuál es la roca madre? Cuál es la área fuente de los componentes, que constituyen la roca sedimentaria, p.ej. de los clastos de un conglomerado? En el caso de las metamorfítas: ¿Cuál es la roca de partida? P.ej. la roca de partida de una eclogita es una plutonita básica o volcánica sobre todo gabro o basalto. La composición y textura de la roca puede indicar la temperatura y la presión, que dominaron durante su formación, comparando estas propiedades con rocas y minerales hechos artificialmente en el laboratorio. ¿Cuáles son las características del mineral y del cristal, cuáles son las diferencias entre ellos? Un mineral es un conjunto (natural formado) de elementos químicos. Generalmente los elementos Si, Al, K, Na, Fe, Ca, Mg, Cl, O, (entre otros) forman el mineral. Los nombres de los minerales dependen de su formula y de su estructura atómica. Un conjunto de minerales se llama roca. El nombre de la roca depende de su génesis y del contenido en 20 minerales. Algunas rocas son monominerálico, es decir principalmente contienen un mineral (como la caliza la calcita.) Mineral (p.ej. granate) Los minerales son componentes naturales y materialmente individuales de la corteza rígida. Son naturalmente formado. Inorgánicos. En general sólidos. Poseen una composición química definida. Materialmente homogéneos. Cristalinos (con estructura atómica ordenada) o amorfos (sin estructura cristalina, p.ej. los vidrios naturales). La mayoría de los minerales son cristales. Los minerales pueden haberse formado por procesos inorgánicos o con la colaboración de organismos p. ej. azufre elementar, pirita y otros sulfuros pueden ser formado por reducción con la colaboración de bacterias. A veces los minerales forman parte de organismos como p. ej. calcita, aragonita y ópalo, se pueden formarse esqueletos o conchas de microorganismos e invertebrados y apatita, que es un componente esencial de huesos y dientes de los vertebrados. Cristal Los cristales muchas veces se renonoce por su belleza y simmetría. Cristales cumplen algunos propiedades: Los cristales son formado naturalmente o son cultivado artificialmente. Inorgánicos u orgánicos, p. ej. Vitamina B12 En general sólidos. Materialmente homogéneos. Cristalinos, nunca amorfos. Los cristales tienen una disposición o un arreglo atómico único de sus elementos. Los cristales naturales poseen grados de simetría característicos los que son consecuencia del arreglo interno de los átomos que los forman. Los cristales son isotrópicos o anisotrópicos. Los cristales isotrópicos tienen las mismas propiedades físicas en todas las direcciones -los cristales los cuales pertenecen al sistema cúbico son los isotrópicos, p. ej. halita, 21 pirita. Los cristales anisotrópicos tienen propiedades físicas que son diferentes en distintas direcciones, p. ej. cordierita, biotita, cuarzo. Cianita o distena respectivamente tiene en su extensión longitudinal una dureza de 4,5 a 5 según la escala de Mohs y una dureza más alta de 6,5 a 7 en su extensión lateral. Relación entre la forma externa de los minerales/cristales y su red cristalina En algunas rocas, especialmente en las rocas cristalinas - como las plutonitas y las metamorfitas - los minerales presentan caras de cristales las cuales son superficies lisas limitadas por ángulos determinados. Estos planos lisos a menudo corresponden con planos de su red cristalina y por lo tanto reflejan la estructura cristalina del cristal. En una micacita de mica y granate p. ej. los granates a menudo cristalizan en su forma propia, dice que todos los planos externos de los granates corresponden con planos de su red cristalina: los granates son idiomorfos. En un granito o una granodiorita p. ej. se observan plagioclasas y feldespatos alcalinos limitados por algunos planos del cristal y por algunos planos de forma irregular: las plagioclasas y los feldespatos alcalinos de los granitos son 'hipidiomorfos'. En otras rocas p. ej. en las areniscas los minerales no presentan caras de cristales pero sí formas de fragmentos o clastos. Estructura atómica de los minerales/cristales Cada mineral y cada cristal tiene una composición constante de elementos en proporciones definidas. P. ej. el diamante se constituye solo de un único elemento: el carbono C La sal de mesa común , el mineral halita se compone de dos elementos: sodio y cloro, en cantidades iguales: NaCl. El símbolo de la halita 'NaCl' indica que cada ion de sodio está acompañado por un ion de cloro. El mineral pirita, también llamado oro de los tontos se compone de dos elementos: hierro y azufre, pero este mineral contiene dos iones de S por cada ion de Fe. Esta relación se expresa por el símbolo FeS2. El cristal tiene una disposición o un arreglo atómico único de sus elementos. Cada cristal tiene una forma cristalina y característica producida por su estructura cristalina. Definiciones Homogéneo Los minerales/cristales tienen las mismas propiedades físicas en paralelas direcciones y tienen una composición química definida y uniforme. Cristalino Los diferentes componentes químicos se encuentran en lugares definidos y se 22 ordenan regularmente, formando un cristal con estructura atómica regular o con arreglo atómico ordenado. Amorfo Sin estructura cristalina; los vidrios volcánicos y los precipitados en forma de gel (ópalo) son cuerpos amorfos. Isotrópico Tienen las mismas propiedades en todas sus direcciones; los cristales cubicos y los vidrios volcanicos son isotrópicos, p.ej. granate. Anisotrópico Los cristales tienen distintas propiedades físicas en diferentes direcciones; todos los cristales excepto los cristales cúbicos son anisotrópicos, p.ej. cuarzo, calcita. P. ej. la dureza de la distena es una característica física que difiere en distintas direcciones. Se puede rayarla en dirección longitudonal (dureza = 4,5 - 5) más fácilmente que en su dirección transversal (dureza = 6,5 - 7). Mineral Un elemento químico, sólido, un compuesto sólido o una solución sólida, naturalmente formado, materialmente homogéneo, p.ej. calcita. véase : mineral Cristal Un cuerpo cristalino con un arreglo ordenado de sus átomos, p.ej. cuarzo Roca Roca es un agregado de minerales de varios granos y rara vez es vidrio natural (obsidiana). Es formado por minerales o menos corrientemente de un solo mineral. Sea o no sólido. El agregado de los minerales de las rocas depende de su composición química y las condiciones distintas que dominaron durante su génesis. La roca es heterogénea. 1. Compuesta de un solo tipo de mineral: monominerálica, p. ej.: la piedra caliza compuesta de calcita y la arenisca pura compuesta de cuarzo. 2. Compuesta de varios tipos de minerales: Poliminerálica, p. ej. el granito compuesto principalmente de cuarzo, feldespato, mica y otros minerales en menor cantidad como anfíbol, apatito y circón. Suelo Material producido por la meteorización y la acción de plantas y animales sobre las rocas de la superficie de la tierra. Mena Mineral del cual se puede obtener un metal que es valioso por un costo por el cual hace que el trabajo sea rentable. Una especie homogénea de un mineral lo cual sirve para extraer uno o varios metales; con valor económico, lo cual depende del 23 tiempo y del lugar de su formación. / Propiedades físicas de los minerales Morfología Se distingue la combinación de las caras del mineral/cristal y el hábito del mineral/cristal. Combinación de las caras La combinación de las caras del cristal significa el conjunto de todas las caras del cristal o bien la forma cristalina, la cual depende de la simetría del cristal. P.ej. la galenita PbS y la halita NaCl,que pertenecen al sistema cúbico pueden cristalizar como cubos, además la galenita puede cristalizar en una combinación de cubo y octaedro, granate cristaliza en la forma romboédrica, en la forma isotetraédrica o en una combinación de dichas dos formas. Las caras de un cristal (habito) Cuando los cristales crecen sin interferencias, adoptan formas relacionadas con su estructura interna. El hábito se refiere a las proporciones de las caras de un cristal. Existen varias formas del hábito: Columnar: alargado en una dirección y semejante a las columnas, p.ej. cristales de corindón. Prismático: alargado en una dirección, p.ej. cristales de andalucita. Tabular: alargado en dos direcciones, p.ej. cristales de barita. Laminar: alargado en una dirección y con bordes finos, p.ej. cristales de hornblenda. Hojoso: similar a las hojas, que fácilmente se separa en hojas, p.ej. moscovita. Botroidal: grupo de masas globulares, p.ej. grupo de masas esferoidales de malaquita. Reniforme: fibras radiadas, que terminan en superficies redondeadas, p.ej. hematita. Granular: formado por un agregado de granos. Masivo: compacta, irregular, sin ningún hábito sobresaliente. Dureza Se llama dureza al grado de resistencia que opone un mineral a la deformación mecánica. Un método útil y semicuantitativo para la determinación de la dureza de un mineral fue introducido por el químico alemán Mohs. El creyó una escala de dureza de 10 niveles. Para cada nivel existe un mineral representativo y muy común. El mineral del nivel superior perteneciendo a esta escala puede rayar todos los minerales de los niveles inferiores de esta escala. La dureza de un mineral desconocido puede averiguarse rascando entre sí una cara 24 fresca del mineral desconocido con los minerales de la escala de MOHS. El mineral más duro es capaz de rayar el mineral más blando. Los minerales de la escala de MOHS que rayan el mineral desconocido son más duros como esto, los minerales que son rayados por el mineral desconocido son menos duros. Por tanto la dureza del mineral desconocido se estrecha entre el nivel superior del mineral que puede rayarlo y el nivel inferior del mineral que es rayado por este mineral. Con cierta experiencia y algunos medios auxiliares simples se puede conocer rápidamente la dureza de forma aproximada. Los minerales que pertenecen a la escala de MOHS son los siguientes: Dureza Nombre del mineral Tratamientos auxiliares Escala de MOHS: Dureza 1 2 3 4 Mineral Talco Yeso Calcita Fluorita 5 Apatito 6 Feldespato Potásico 7 Cuarzo 8 Topacio 9 Corindón 10 Diamante Comparación La uña lo raya con facilidad La uña lo raya La punta de un cuchillo lo raya con facilidad La punta de un cuchillo lo raya La punta de un cuchillo lo raya con dificultad Un trozo de vidrio lo raya con dificultad Puede rayar un trozo de vidrio y con ello el acero despide chispas Puede rayar un trozo de vidrio y con ello el acero despide chispas Puede rayar un trozo de vidrio y con ello el acero despide chispas Puede rayar un trozo de vidrio y con ello el acero despide chispas La dureza de un mineral depende de su composición química y también de la disposición de sus átomos. Cuanto más grande son las fuerzas de enlace, mayor será la dureza del mineral. Grafito y diamante p.ej. son de la misma composición química, solamente se constituyen de átomos de carbono C. Grafito tiene una dureza según MOHS de 1, mientras que diamante tiene una dureza según MOHS de 10. En la estructura del diamante cada átomo de carbono - que tiene 4 electrones en su capa más exterior - puede alcanzar la configuración de ocho electrones compartiendo un par de los mismos con 4 átomos de carbono adyacentes, los cuales ocupan las esquinas de una unidad estructural de forma tetraédrica. El enlace covalente entre los átomos de carbono se repite formando una estructura continua, dentro de lo cual la energía de los enlaces covalentes se concentra en la proximidad de los electrones compartidos, lo que determina la dureza excepcional del diamante. 25 En la estructura del grafito, los átomos de carbono se presentan en capas compuestas por anillos hexagonales de átomos, de modo que cada átomo tiene 3 que lo rodean. Las capas de átomos del grafito están separadas una distancia relativamente grande, 3.41Å, y quedan átomos dispuestos en forma alternada, exactamente por encima de los átomos de la capa adyacente. La causa de la poca dureza del grafito es que los enlaces entre las capas de átomos son muy débiles, mientras que los átomos en el interior de las capas están dispuestos mucho más próximos que en la estructura del diamante. Exfoliación (crucero) Los cuerpos cristalinos pueden exfoliarse en superficies lisas a lo largo de determinadas direcciones, mediante la influencia de fuerzas mecánicas externas, p.ej. mediante de la presión o de golpes de un martillo. Esta llamativa exfoliación (crucero) depende del orden interno existente en los cristales. Los planos de exfoliación o bien de clivaje son la consecuencia del arreglo interno de los átomos y representan las direcciones en que los enlaces que unen a los átomos son relativamente débiles. La superficie de exfoliación corresponde siempre a caras cristalinas sencillas. Mientras mayor es el contraste entre la fuerza de los enlaces que unen a los átomos en las direcciones paralelas al plano de exfoliación (crucero) y la debilidad de los enlaces que unen a los átomos en las direcciones perpendiculares a los planos de exfoliación (crucero), mayor será la tendencia del mineral a romperse a lo largo de este plano. Las exfoliaciones se distinguen a grandes rasgos como sigue: · Exfoliación completa en 2 direcciones: mica, clorita, talco. · Exfoliación buena en dos direcciones: feldespato potásico según dos superficies perpendiculares entre sí, hornblenda con exfoliación prismática. · Exfoliación buena en tres direcciones: Calcita según el romboedro - Generalmente en todas las formas cristalinas de calcita pueden reconocerse planos de crucero en tres diferentes orientaciones. Estos planos de crucero se intersecan formando ángulos de 75° y de 105° de cuales resulta la forma romboédrica típica de la calcita. Barita BaSO4 ocurre en cristales tabulares que tienen con frecuencia dos caras perpendiculares a la cara mayor que convergen formando bordes agudos. · Exfoliación clara en dos direcciones: piroxeno. · Exfoliación poco clara: olivino · Exfoliación ausente: cuarzo con su fractura concoidea. En el cuarzo los átomos están dispuestos con tal regularidad que los enlaces entre los mismos son muy similares en todas direcciones. En consecuencia, no existe tendencia a que el mineral se rompa según un plano particular, y en los cristales de cuarzo se desarrollan fracturas concoidales. Una medida para determinar la calidad de la exfoliación es, entre otras, el brillo existente sobre las superficies de exfoliado, que es el responsable de las superficies lisas reflejantes que se observan en los frentes de las aristas. 26 Brillo El brillo es debido por la capacidad del mineral de reflejar la luz incidente. Se distinguen minerales del brillo Brillo Metálico semimetálico Vítreo Resinoso Graso No-metálico Oleoso Perlado Sedoso Mate Adamantino Ejemplos / Descripción pirita, magnetita, hematita, grafito uraninita (pechblenda, UO2), goethita cuarzo, olivino, nefelina, en las caras cristalinas, siderita como la resina, p.ej. esfalerita. grasoso al tacto: cuarzo, nefelina de brillo gris graso. olivino. como el brillo de las perlas, p.ej. talco, biotita, siderita como el brillo de seda: yeso de estructura fibrosa, sericita, goethita como el brillo de la tiza brillante: diamante, rutilo Color Respecto al color se distinguen dos grupos de minerales: · los minerales idiocromáticos · los minerales alocromáticos. Se llama idiocromaticos a los minerales que tienen colores característicos relacionados con su composición. En este caso el color es útil como medio de identificación. Minerales idiocromáticos con colores distintos son p. ej.: Mineral Magnetita Hematita Epidota Color negro rojo verde 27 Clorita Lapis lazuli Turquesa Malaquita Cobre nativo verde azul oscuro azul característico verde brillante rojo cobrizo Los minerales que presentan un rango de colores dependiendo de la presencia de impurezas o de inclusiones se llaman alocromáticos. A los minerales alocromáticos pertenecen p. ej.: Feldespato potásico cuyo color varia de incoloro a blanco pasando por color carne hasta rojo intenso o incluso verde. Cuarzo: Cuarzo puro es incoloro. La presencia de varias inclusiones líquidas le da un color blanco lechoso Amatista es de color púrpura característico que probablemente es debido a impurezas de Fe3+ y Ti3+ y la irradiación radioactiva. Corindón: Corindón puro es incoloro. Corindón portando cromo como elemento traza es de color rojo y se lo llama rubi. El safiro es una variedad transparente de corindón de varias colores. Por la existencia de minerales alocromáticos el color es un medio problemático para identificar un mineral. El color de la raya es debido por trozos del cristal molidos muy finos, colocados sobre una base blanca, como p.ej. un trozo de porcelana facilita el que seperamos si nos encontramos ante un mineral de color propio o ajeno. El color de la raya del feldespato potásico siempre será blanca igualmente si es producido por un feldespato potásico incoloro, de color carne o verde. El color de la raya tiene importancia en la identificación de las menas. El color de la raya de magnetita es negra, de hematita es rojo cereza, de goethita es de color café. Otras propiedades de los minerales Cristales maclados Algunos cristales están formados por dos o más partes en las cuales la celosía (Kristallgitter) tiene orientaciones diferentes que están relacionadas en forma geométrica. Los cristales compuestos de este tipo se conocen como cristales 28 maclados. Hay varios tipos de maclas, p.ej. maclas simples, maclados de contacto, maclas de interpenetración, maclas paralelas, maclado normal. Se llaman maclas simples a los cristales compuestos de dos partes individuales, que tienen una relación estructural definida. Si las dos partes de una macla simple están separados por una superficie definida, ésta se describe como maclado de contacto. Macla de interpenetración se refiere a los cristales unidos por un plano de composición - superficie a lo largo de la cual los dos individuos están unidos irregular, p. ej. ortoclasa. Solubilidad La solubilidad depende de la composición del mineral. Sobre todo se usan una dilución frío de ácido clorhídrico HCl para distinguir Calcita de puro CaCO3 (carbonato de calcio) de otros minerales parecidos de una cantidad menor de CaCO3 o sin CaCO3. La reacción es la siguiente: CaCO3 + 2HCl --> H2CO3 (dióxido de carbono diluido en agua) + CaCl2 y H2CO3 se descompone en H2O y dióxido de carbono CO2 (gas). Burbujas de CO2 se producen por esta reacción. Se observa la efervescencia de la dilución de ácido clorhídrico cuando se libera el dióxido de carbono. La concentración de la dilución de HCl tiene que ser 5%. Para la aplicación de la dilución de HCl se necesitan un plano fresco de fractura de una roca. Densidad 29 Cada mineral tiene un peso definido por centímetro cúbico; este peso característico se describe generalmente comparándolo con el peso de un volumen igual de agua; el número de masa resultante es lo que se llama 'peso especifico' o 'densidad' del mineral. El peso especifico de un mineral aumenta con el número de masa de los elementos que la constituyen y con la proximidad o el apretamiento en que estén arreglados en la estructura cristalina. La mayoría de los minerales que forman rocas tienen un peso especifico de alrededor de 2,7 g/cm3, aunque el peso especifico medio de los minerales metálicos es aproximadamente de 5 g/cm3. Los minerales pesados son los que tienen un peso especifico más grande que 2,9 g/cm3, p.ej. circón, pirita, piroxeno, granate. Determinación del Peso específico: 30 Propiedades magnéticas y eléctricas Todos los minerales están afectados por un campo magnético. Los minerales que son atraídos ligeramente por un imán se llaman paramagnéticos, los minerales que son repelidos ligeramente por un imán se llaman diamagnéticos. Magnetita Fe3O4 y pirotita Fe1-nS son los únicos minerales magnéticos comunes. Los minerales tienen diferente capacidad para conducir la corriente eléctrica. Los cristales de metales nativos y muchos sulfuros son buenos conductores, minerales como micas son buenos aislantes dado que no conducen la electricidad. Luminiscencia y fluorescencia Luminiscencia se denomina la emisión de luz por un mineral, que no es el resultado de incandescencia. Se la observa entre otros en minerales que contienen iones extraños llamados activadores. Fluorescencia Los minerales fluorescentes se hacen luminiscentes cuando están expuestos a la acción de los rayos ultravioleta, X o catódicos. Si la luminiscencia continua después de haber sido cortado la excitación se llama al fenómeno fosforescencia y al mineral con tal característica mineral fosforescente. Las fluoritas de color intenso son minerales fosforescentes, que muestran luminiscencia al ser expuestos a los rayos ultravioleta. Piezoelectricidad Se observa en minerales con ejes polares (sin centro de simetría) como en el cuarzo por ejemplo. Debido a la polaridad de la estructura cristalina al suministrar energía, como calor o presión, al mineral se genera una carga eléctrica en los dos extremos 31 del eje polar de un mineral y dirigido en sentido opuesto. En la turmalina el eje polar es el c. En el cuarzo los ejes polares son los ejes a. El cuarzo piezoeléctrico se emplea por ejemplo en el geófono piezoeléctrico, donde un movimiento vertical de la Tierra ejerce una presión a un cristal de cuarzo y se produce una carga eléctrica. Un otro ejemplo es la "aguja" de un tocadiscos. Un zafiro piezoeléctrico genera una pequeña carga eléctrica a causa de su deformación (movimiento) sufrido arriba de la pista del disco. La información (la música) del disco es representada por un sin numero de cambios morfológicos adentro de la pista del disco. El cristal piezoeléctrico se deforma de acuerdo de estos cambios en la superficie y esto se puede amplificar como sonido Clasificación de los minerales formadores de rocas Elementos nativos Elementos nativos son los elementos que aparecen sin combinarse con los átomos de otros elementos como p.ej. oro Au, plata Ag, cobre Cu, azufre S, diamante C. Aparte de la clase de los elementos nativos los minerales se clasifican de acuerdo con el carácter del ion negativo (anión) o grupo de los aniones, los cuales están combinados con iones positvos. Sulfuros incluido compuestos de selenio (Selenide), arsenurios (Arsenide), telururos (Telluride), antimoniuros (Antimonide) y compuestos de bismuto (Bismutide). Los sulfuros se distinguen con base en su proporción metal:azufre según el proposito de STRUNZ (1957, 1978). Ejemplos son galena PbS, esfalerita ZnS, pirita FeS2, calcopirita CuFeS2, argentita Ag2S, Löllingit FeAs2. Haluros Los aniones característicos son los halogenos F, Cl, Br, J, los cuales están combinados con cationes relativamente grandes de poca valencia, p.ej. halita NaCl, silvinita KCl, fluorita CaF2. Oxidos y Hidroxidos Los oxidos son compuestos de metales con oxígeno como anión. P.ej. cuprita Cu2O, corindón Al2O3, hematita Fe2O3, cuarzo SiO2, rutilo TiO2, magnetita Fe3O4. Los hidroxidos están caracterizados por iones de hidroxido (OH-) o moleculas de H2O-, p.ej. limonita FeOOH: goethita *-FeOOH, lepidocrocita *-FeOOH. Carbonatos El anión es el radical carbonato (CO3)2-, p.ej. calcita CaCO3, dolomita CaMg(CO3)2, malaquita Cu2[(OH)2/CO3]. 32 Sulfatos, Wolframatos, Molibdatos y Cromatos En los sulfatos el anión es el grupo (SO4)2- en el cual el azufre tiene una valencia 6+, p.ej. en la barita BaSO4, en el yeso CaSO4*2H2O. En los wolframatos el anión es el grupo wolframato (WO4)4-, p.ej. scheelita o bien esquilita CaWO4. Fosfatos, Arseniatos y Vanadatos En los fosfatos el complejo aniónico (PO4)3- es el complejo principal, como en el apatito Ca5[(F, Cl, OH)/PO4)3]los arseniatos contienen (AsO4)3- y los vanadatos contienen (VO4)3- como complejo aniónico. Silicatos Es el grupo más abundante de los minerales formadores de rocas donde el anión está formado por grupos silicatos del tipo (SiO4)4-. La estructura de los silicatos Más del 90% de los minerales que forman las rocas son silicatos, compuestos de silicio y oxígeno y uno o más iones metálicos. Los principios estructurales de los silicatos son los siguientes: a) Cada uno de los silicatos tiene como compuesto básico un ion complejo de forma tetraédrica. Este tetraedro consiste en una combinación de un ion de silicio con un radio de 0.42Å, rodeado por 4 iones de oxígeno con un radio de 1.32Å tan estrechamente como es posible geométricamente. Los iones de oxígeno se encuentran en las esquinas del tetraedro y aportan al tetraedro una carga electrica de -8 y el ion de silicio contribuye con +4. Asi , el tetraedro puede considerarse como un anion complejo con una carga neta de -4. Su símbolo es [SiO4]4-. Se lo conoce como anión silicato. b) La unidad básica de la estructura de los silicatos es el tetraedro de [SiO4]4-. Se distinguen algunos pocos tipos estructurales de los silicatos: los neso-, soro-, ciclo-, ino y tectosilicatos. c) El catión Al3+ puede ser rodeado por 4 o 6 átomos de oxígeno (cifra de coordenación de 4 o 6) y tiene un diametro ionico muy similar a Si4+ (Si4+: 0.42Å, Al3+: 0.51Å). Por esto reemplaza al Si4+ en el centro del tetraedro p.ej. en la moscovita KAl[6]2[(OH)2/Si3Al[4]O11] o se ubica en el centro de un octaedro como los cationes Mg2+ o Fe2+.p.ej. en el piroxeno de sodio Jadeita NaAl[6]Si2O6. Tipos de estructuras de silicatos -Silicatos formados de tetraedros independientes, que alternan con iones metálicos positivos como p.ej. en el olivino. Además el oxígeno del anión silicato [SiO4]4- simultaneamente puede pertenecer a 2 diferentes tetraedros de [SiO4]4-. De tal manera se forman aparte de los tetraedros independientes otras unidades tetraédricas. - Sorosilicatos formados de paras de tetraedros: [Si2O7], p.ej.epidota. - Ciclosilicatos formados por anillos de tetraedros de [SiO4]4-: [Si3O9]6-, [Si4O12]8-, [Si6O18]12-, p.ej. berilo Be3Al2[Si6O18]. 33 - Inosilicatos formados por cadenas simples o cadenas dobles de tetraedros de [SiO4]4-: por cadenas simples p.ej. piroxenos por cadenas dobles p.ej. anfíboles. - Filosilicatos formados por placas de tetraedros de [SiO4]4- p.ej. caolinita, talco. - Silicatos con estructuras tetraédricas tridimensionales, p.ej. feldespatos y los feldespatoides. Clasificación con base en las propiedades externas de los minerales Para los minerales que más abundan en las rocas puede aplicar la clasificación siguiente la que se basa en las propiedades externas de los minerales. En esta clasificación se distingue: Los componentes claros los más comunes son cuarzo, los aluminosilicatos de potasio, sodio y calcio como el feldespato potásico y las plagioclasas, los feldespatoides y moscovita. Otros minerales claros importantes formadores de rocas son calcita CaCO3, dolomita CaMg(CO3)2, yeso CaSO4*2H2O, anhidrita CaSO4, apatito, zoisita, cordierita, talco, zeolita, los minerales arcillosos como p.ej. montmorilonitay caolinita y la mica illita. Los minerales arcillosos y illita son de extraordinaria importancia en el campo sedimentario y sobre todo en la formación del suelo. Los componentes oscuros los más comunes son los silicatos de hierro y magnesio (máficos) como olivino, piroxeno, anfíbol, biotita, clorita. 34 Los minerales típicos de las pargenesis metamórficas son los granates y los silicatos de aluminio andalucita, sillimanita distena (cianita). Cuarzo SiO2 Cuarzo Después de los feldespatos el cuarzo es el mineral más abundante de la corteza terrestre. Cuarzo cristaliza en dos sistemas cristalinos dependiendo de la temperatura : por encima de los 573°C en el sistema hexagonal - por ejemplo con la forma tipica de bipiramides hexagonales. Por de bajo de los 573°C en el sistema trigonal - por ejemplo como cristal trigonal de habito columnar. Otras modificaciones de SiO2 son : Modificaciónes de cuarzo Tridimita se forma a temperaturas encima de 870°C (P = 1 atm), monoclínica (formada a temperaturas relativamente bajas), tridimita, hexagonal (formada a temperaturas relativamente altas). Cristobalita, tetragonal (formada a temp. rel. bajas), cristobalita, cúbica (formada a temps. rel. altas). Coesita, monoclínica, modificación de alta presión (20 - 40 kbar). Stishovita, tetragonal, modificación de presión más alta (p > 80 - 100 kbar). Formación durante un impacto de un meteorito y el metamorfismo por ondas de choque Lechatelierita, amorfa (vidrio silícico natural), puede formarse, cuando un relámpago cae en una arenisca pura de cuarzo (en fulgurita = Blitzroehre (alemán) ) o en cráteres de meteoritas. Ópalo, amorfo (SiO2 ´ H2O), producto de alteración de rocas volcánicas jovenes, por precipitación en fuentes termales y géiseres(sinter de silice), componente de organismos formadores de rocas (de diatomeas, de radiolarias p.ej.). Cuarzo se constituye de tetraedros de SiO2 (oxigeno forma las esquinas, silicio se ubica en el centro del tetraedro). Cada ion de silicio está rodeado por cuatro iones de oxígeno y cada ion de oxígeno está combinado con dos iones de silicio, por consiguiente a un ion de silicio corresponden 4/2 = 2 iones de oxígeno. De tal modo la formula estructural del cuarzo es SiO2. Los tetraedros de SiO2 son torcidos entre sí y forman una estructura tridimensional espiral. Los espirales se constituyen de unidades de tres tetraedros torcidos, que se repiten o es decir un tetraedro es idéntico con el tercero tetraedro siguiente del espiral. Los tetraedros de SiO2 son torcidos entre sí y forman una estructura tridimensional espiral. Los cuarzos de diferente simetría se debe a variaciones de los tetraedros torcidos (torcidos en forma espiral en el sentido de o en sentido contrario a las agujas del reloj). 35 Densidad Condiciones de en formación g/cm3 Cuarzo trigonal 2,65 T < 573ºC Cuarzo hexagonal 2,53 T > 573ºC monoclínic Tridimita 2,27 o Tridimita hexagonal 2,26 T > 870ºC Cristobalita tetragonal 2,32 Cristobalita cúbico 2,20 T > 1470ºC monoclínic Coesita 3,01 P > 20kbar o Stishovita tetragonal 4,35 P > 80kbar Lechatelierita relámpagos incidentesen vidrio natural de amorfo 2,20 arena de puro cuarzo, sílice impactos de meteoritos Ópalo (SiO2 ´ aq) amorfo 2,1 - 2,2 Modificaciones de SiO2 Sistema cristalino Propiedades externas del cuarzo son: Morfologia: cuarzo del sistema trigonal, p.ej. combinación de romboedros, prisma, trapezoedro y bipiramide, habito columnar. Dureza: 7 según la escala de Mohs. Exfoliación: ausente, fractura concoidea. Brillo: graso y oleoso en los planos fracturados concoideamente, vitreo en los planos del prisma. Color: a) cuarzo puro es incoloro transparente. b) De color café como humo. c) amarillo como limones y transparente: citrin. d) violeta-transparente: ametista e) cuarzo de color rosado f) cuarzo de color parecido a leche debido a inclusiones fluidas. g) ojo del tigre se constituye de asbesto de anfibol silificado donde el anfibol originariamente azul aparece bronceado a causa de la oxidación de Fe2+ a Fe3+. Densidad: cuarzo = 2.65g/cm³. Maclas: según la ley de Suiza o de Dauphinée: Dos cuarzos izquierdos o derechos están maclados y girados alrededor de 60°. 36 según la ley Brasileña: maclas de penetración simetrica de un cuarzo izquierdo y un cuarzo derecho. según la ley Japonesa, rel. raro: los ejes c de los dos cuarzo maclados aprox. están perpendiculares. Variedades microcristalinas - cristales demasiado pequeños para identificarlos macroscopicamente - y criptocristalinas - cristales demasiado pequeños para identificarlos por el microscopio - son calcedonia y jaspe, agata p.ej. es calcedonia finamente laminada con bandas ritmicas finas. Calcedonia se forma de la manera siguiente: oxidodisilicio se disuelve por la alteración de silicatos. Cuando el valor de pH desciende se precipita cuarzo criptocristalino. Formación de cuarzo Formación : Cuarzo es estable en un campo de temperatura y presión muy amplio, que incluye las condiciones de p y T de casi toda la corteza terrestre y de partes del manto superior. Se forma bajo condiciones magmáticas, sedimentarias, metamórficas. En la serie de BOWEN - de la diferenciación magmática por cristalización - se forma tarde a temperaturas relativamente bajas después de la cristalización de las plagioclasas y del feldespato potásico y antes de la cristalización de las zeolitas (silicatos con estructuras tetraedricas tridimensionales de malla ancha, con cavidades grandes o canales, en que se ubican los iones de radio grande como Na+, Ca2+, K+, Ba2+ y moleculas de H2O, uso como cambiador de cationes). En rocas sedimentarias clásticas puede presentar el cemento, que une los granos detríticos. Como componente de organismos formadores de rocas puede formar p.ej. una radiolarita (lidita). Además es un componente común en rocas metamórficas, p.ej. en gneises, en esquistos, en cuarcita. Cuarzo quimicamente puro es transparente y sin color (lambda = 145 nm - UV - a 2700 nm - IR - en espesores de mm a cm). Variedades de cuarzo Amatista de color púrpura o violeta causado por contenido en Fe3+. Citrin varia en color de amarillo a anaranjado a anaranjado-café y se forma por el calentamiento de amatista o es decir de cuarzo con contenido en Fe3+. Algunos cuarzos coloridos se forman por radiación o en consecuencia de los dos efectos radiación y calentamiento y a estas variaciones tambien se llama citrin. Cuarzo ahumado : ‘smoky’ o ‘morión’, se forma exponiendo cuarzo natural con contenido en Al a radiación natural. Prasolita es una variedad verde de cuarzo menos común, que se forma por el calentamiento de amatista a Ts entre 300° y 600°C. El color se produce por la sustitución de Si por un otro ion, p.ej. Fe3+, por la presencia de un otro componente en intersticios entre Si y O o por la exposición del cuarzo a radiación o a calor. Otras variedades de cuarzo son cuarzo rosado, azul, crysoprasa, jaspe y otras. Estas son mezclas de cuarzo y otras fases. 37 Cuarzo rosado de pegmatitas con feldespato alcalinos grandes contiene cristalitos agujeros de longitud alrededeor de 0,1 mm y de ancho entre 0,05 y 0,4 mm de dumortierita [Al3(BO3)(SiO4)3O3]. Cuarzo rosado mazico de diques contiene Mn y Ti, que podrian causar su color. Cuarzo rosado en cristales individuales contiene átomos de fosforo en cantidades apreciables, pero no esencialmente contiene Ti. Cuarzo azul o celeste debe su color a inclusiones diminutos. Crisoprasa de color verde debe su color al contenido en Ni, es de estructura fibrosa o microgranular. Jaspe de color café, café-amarillo o ocre-amarillo o de color rojo : Jaspe de color rojo debe su color a microcristales de hematita, jaspe de color amarillo o ocreamarillo debe su color al contenido en goethita. Chert es jaspe con poco contenido en sustancias, que pigmentan el mineral, es de color gris-blanco, gris-amarillo, café, rojo-café a blanco. Otras variedades de cuarzo son plasma, prase, heliotrope, agata (fibrosa), calcedonia (fibrosa), ópalo de silice amorfo. Los Feldespatos Los Feldespatos Los feldespatos son los minerales más abundantes de la corteza terrestre y participan en ella con más de 60% de volumen, en detalle las plagioclasas ocupan 41% de volumen, los feldespatos alcalinos ocupan 21% de volumen. Los feldespatos forman un grupo de 3 componentes, las cuales son: feldespato potásico KAlSi3O8, albita NaAlSi3O8, anortita CaAl2Si2O8. Los minerales mixtos con una composición entre el feldespato potásico y la albita se denominan feldespatos alcalinos, los minerales mixtos de composición entre albita y anortita forman el grupo de las plagioclasas. Las relaciones entre ellos se presentan en el sistema ternario de los feldespatos. En los extremos de este triangulo están expresados las formulas cristaloquímicas de las tres componentes. Todas las mezclas entre estas tres componentes se encuentran en un punto determinado dentro del triángulo. Las plagioclasas tienen distintas denominaciones según su composición química o es decir según su contenido en la componente Albita (Ab) y en la componente Anortita (An): Sistema ternario de los Feldespatos: Anortita-Albita-Feldespato potásico: 38 Tipo de plagioclasa Albita (Ab) en % Anortita en % Albita 100 - 90 0 - 10 Oligoclasa 90 - 70 10 - 30 Andesina 70 - 50 30 - 50 Labradorita 50 - 30 50 - 70 Bytownita 30 - 10 70 - 90 Anortita 10 - 0 90 - 100 Formación de los feldespatos Entre los tres componentes la capacidad de mezclarse no es completa. Entre la anortita y el feldespato potásico se ubica la llamativa zona de desmezcla. Una composición que se sitúe en este campo no forma ningún cristal feldespático homogéneo, sino que da lugar a dos cristales de composición diferente de los cuales uno es rico en feldespato potásico y el otro es rico en plagioclasa. De este modo es posible y en muchos tipos de rocas habitual que se presenten dos feldespatos diferentes el uno al lado del otro como en un granito un feldespato alcalino al lado de una oligoclasa. La zona de desmezcla cambia cuando varían las condiciones físicas y químicas y se amplia considerablemente al enfriar el magma. De este modo se modifica drasticamente el campo de los cristales mixtos. Con temperaturas altas (T>900ºC) típicas para un magma con cristalización inicial la zona de los cristales mixtos es grande). Si durante la cristalización del magma la temperatura desciende poco a poco, la zona de desmezcla se aumenta cada vez 39 más. Con una temperatura muy baja (T<600ºC) se forman solamente feldespatos de estas composiciones. Si el enfriamiento se ha producido tan lentamente que los átomos de potasio y sodio han podido ordenarse nuevamente en la red cristalina de los feldespatos, dos distintos tipos de cristales se formarían en el cristal originario: un cristal rico en feldespato potásico, cuya composición correspondería aproximadamente al punto K del diagrama triangular y un otro cristal rico en albita, cuya composición correspondería aproximadamente al punto A en el triángulo. El cristal mixto originariamente homogéneo se ha disgregado. Estas estructuras disgregadas son muy típicas por su apariencia, normalmente forman venas finas o husos. Pertita se llama un cristal rico en la componente albita, que lleva venas o husos ricos en feldespato potásico. Antipertita se denomina un cristal rico en feldespato potásico con venas y husos ricos en albita. Los procesos de exsolución se basan en la difusión de potasio, sodio y calcio en la red cristalina y requieren bastante tiempo. La serie de plagioclasas no está afectada gravemente por un descenso en la temperatura. Los cristales mixtos de la serie de plagioclasas se forman a temperaturas elevadas y bajas. Propiedades de los feldespatos alcalinos Los feldespatos potásicos (Feldespato potásico: KAlSi3O8) Los feldespatos potásicos cristalizan en 2 sistemas cristalinos diferentes según el grado de orden de su estructura atómica. Sanidina es el cristal más desordenado y por esto más simétrico, es de simetría monoclínica y se forma a temperaturas relativamente altas. Los cristales de sanidina son delgados y tabulares. Sanidina a menudo se encuentra como fenocristales en rocas volcánicas y sus tobas. Microclina es el mineral de estructura atómica más ordenada, es de simetría triclínica y se forma a temperaturas más bajas. Con el micropolariscopio se puede identificar la microclina a través de su sistema laminar y enrejado o reticular. Ortoclasa se refiere a un estado intermedio entre ambos estados de orden, es de simetría monoclínica. Los cristales de ortoclasa son gruesos, tabulares o cortos prismáticos, a menudo son maclados según la ley de Karlsbad. La ortoclasa se encuentra a menudo en plutonitas ácidas. La densidad de los feldespatos alcalinos varía entre 2,5 y 2,6g/cm3. Albita NaAlSi3O8, Ab100-90An0-10 Sistema triclínico. Morfología: habito tabular. Exfoliación buena, los planos (001) y (010) forman ángulos entre 85º50' y 86º24'. Dureza: 6 a 6,5 según Mohs. 40 Brillo: vítreo. Densidad: 2,62g/cm3. Color: blanco, blanco gris, verde, azul, rojizo. Maclas polisintéticas, raramente maclas simples. En magmatitas ácidas a intermedias como granitos, riolitas, dioritas. En pegmatitas como cristales gruesos. En rocas magmáticas y sus pegmatitas. En rocas metamórficas de grado bajo. En areniscas la albita puede formarse después de la sedimentación (formación autígena). Propiedades de las plagioclasas Tecto- y alumosilicatos Sistema cristalino: triclínico. Morfología: hábito tabular o tabular prismático. Exfoliación: ángulos de exfoliación entre 85º50' y 86º24' con respecto a los planos (001) y (010). Densidad: albita 2,62g/cm3, anortita 2,76g/cm3. Frecuentemente forman maclas polisintéticas (según las leyes de albita y/o de periclina). Albita NaAlSi3O8, Ab100-90An0-10 Oligoclasa Ab90-70An10-30 Dureza: 6 a 6,5 según Mohs, como la albita. Exfoliación buena, los planos (001) y (010) forman ángulos entre 85º50' y 86º24'. Brillo: vítreo. Densidad: 2,64g/cm3. Color: blanco, gris. Una variedad roja se debe a impurezas finas de hematita. En magmatitas claras. En rocas metamórficas de grado bajo hasta medio. Andesina Ab70-50An30-50 Dureza: 6 a 6,5 según Mohs, como la albita. Exfoliación buena, los planos (001) y (010) forman ángulos entre 85º50' y 86º24'. Brillo: vítreo. Densidad: 2,67g/cm3. Color: blanco, gris. En rocas magmáticas ácidas e intermedias. En rocas metamórficas de grado medio. Labradorita Ab50-30An50-70 Dureza: 6 a 6,5 según Mohs, como la albita. Exfoliación buena, los planos (001) y (010) forman ángulos entre 85º50' y 86º24'. Brillo: vítreo. Densidad: 2,70g/cm3. Color: blanco a oscuro. En planos de exfoliación frecuentemente tonos brillantes en azul y verde. En magmatitas básicas e intermedias. 41 Bytownita Ab30-10An70-90 Dureza: 6 a 6,5 según Mohs, como la albita. Exfoliación buena, los planos (001) y (010) forman ángulos entre 85º50' y 86º24'. Brillo: vítreo. Densidad: 2,73g/cm3. Color: blanco, gris. En rocas magmáticas básicas. Anortita Ab10-0An90-100 Dureza: 6 a 6,5 según Mohs, como la albita. Exfoliación: buena entre (001) y (010). Brillo: vítreo Densidad: 2,76g/cm3. Color: blanco, gris. Maclas de albita. En rocas magmáticas básicas como gabros, asociada con piroxeno y/o anfibol. Rara vez en rocas metamórficas. Moscovita KAl2[(OH)2/AlSi3O10] Moscovita es un filosilicato constituido por placas de tetraedros de [SiO4]4-. Sistema monoclínico, de contornos hexagonales, con hábito hojoso. Posee una exfoliación completa en dos direcciones. Dureza según Mohs es 2 - 2,5, es decir es un mineral blando y es elásticamente flexible. dmuscovita = 2,8 - 2,9g/cm3. La muscovita es un componente principal de la micacita, además la muscovita aparece en cantidades apreciables en las magmatitas ácidas. Sericita es la denominación para las variedades de placas finas o microcristalinas de la muscovita con un tamaño de grano <2mm. El brillo sedoso característico para las filitas se debe a su alto contenido en sericita. El ciclo geológico En general existen cuatro grupos de rocas: Sedimentos, rocas sedimentarias, rocas ígneas o magmáticas y rocas metamórficas. Cada de los cuatro grupos principales contiene sus subdivisiones como en el caso de rocas intrusivas y rocas extrusivas cuales son adentro del grupo de rocas magmáticas. Una roca puede transferirse a un otro tipo de rocas a causa de cambios físicos y/o químicos como la meteorización / erosión que puede afectar una roca ígnea para formar un sedimento 42 El ciclo de las rocas: Aproximadamente 200 años atrás James Hutton propuso el ciclo geológico considerando las relaciones entre la superficie terrestre y el interior de la Tierra como un proceso cíclico. El esquema del ciclo geológico ilustra la interacción entre sedimentación, hundimiento, deformación, magmatismo, levantamiento y meteorización. Los magmas, de que se derivan las rocas magmáticas - como las rocas plutónicas, volcánicas y rocas subvolcánicas - se forman en el manto superior y en la corteza terrestre profunda. Emplazando en secuencias de rocas de la corteza terrestre el magma enfría paulatinamente dando lugar a las rocas plutónicas. Cuando el magma sube hacia la superficie terrestre se enfría repentinamente resultando en rocas volcánicas. Por levantamiento las rocas plutónicas también pueden llegar a la superficie terrestre. En la superficie terrestre todas las rocas están expuestas a los procesos de meteorización y erosión. En consecuencia las rocas están desarmadas es decir trituradas en fragmentos de rocas y minerales y/o están disueltas por reactivos químicos como por soluciones acuosas de cierto pH (= potencial de hidrógeno), de cierto potencial redox (Eh), de cierta temperatura y de cierta presión. Las componentes disueltas como iones, moléculas y complejos químicos son transportadas en solución y se depositan en un lugar de condiciones ambientales, que favorecen su precipitación y que por consiguiente difieren de las condiciones causantes de su solución. Las componentes disueltas pueden precipitarse formando minerales distintos con respecto a aquellos, de que se derivan. Por ejemplo la 43 componente 'calcio' de una labradorita, que es una plagioclasa básica con un alto contenido en calcio, se disuelve y precipita en otro lugar formando calcita. Las componentes detríticas como los fragmentos de rocas y minerales pueden ser transportadas por agua, viento y hielo y depositados en otro lugar. Cuando se depositan las componentes detríticas y químicas primeramente forman sedimentos blandos como la arena, un lodo de minerales arcillosos o un lodo de caliza. Por hundimiento, compactación y cementación los sedimentos se convierten en rocas sedimentarias sólidas. Los procesos responsables para la transformación de una roca sedimentaria blanda a una roca sedimentaria compacta son los procesos diagenéticos. Por tales procesos o es decir por diagénesis una arena se convierte en una arenisca por ejemplo. Cuando el hundimiento continúa, las rocas se calientan y su temperatura sobresale la temperatura T = 200ºC, que es el límite superior de temperatura para los procesos sedimentarios. A temperaturas más altas los procesos, que actúan en una roca (sedimentaria, magmática o ya metamórfica) y la transforman, pertenecen al metamorfismo. En el límite superior del metamorfismo las rocas metamórficas empiezan a fundirse. Este límite depende de las condiciones de temperatura y presión presentes y de la composición de la roca. Un granito se compone en parte de minerales con grupos de (OH-) como los anfíboles y las micas, que determinan una temperatura de fundición relativamente baja, a T = 650ºC con p = 4kbar las componentes empiezan a fundirse. Para un basalto compuesto de minerales como plagioclasa, olivino y piroxeno, que no llevan grupos de (OH-) la temperatura de fundición inicial es mucho más alta (T >= 1000ºC). La fundición de las rocas metamórficas las convierte en magma. Rocas magmáticas: Rocas, cuales tienen su origen en la cristalización de un magma (fundición) Meteorización-Erosión-Transporte: Todas las rocas que afloran superficial (puede ser una roca magmática o metamórfica o sedimentaria) sufren las fuerzas atmosféricas como temperatura, viento, flujo de agua, oxidación. La destrucción de una roca sólida, el transporte y la deposición (=sedimentación) de estas partículas forma un sedimento. Sedimentos: Producto de la meteorización-erosión y transporte: rocas blandas como arena y grava. Rocas sedimentarias: Por temperatura, presión y transformaciones químicos un sedimento blando puede cambiarse a una roca sedimentaria (dura). Este proceso se llama diagénesis. Metamorfismo: Si, una roca sufre temperaturas más de 200°C y presión se cambiará a una roca metamórfica. 44 Las rocas ígneas El Magma - una introducción El magma se puede definir como una mezcla de componentes químicos formadores de los silicatos de alta temperatura, normalmente incluye sustancia en estado sólido, líquido y gaseoso debido a la temperatura del magma que es por encima de los puntos de fusión de determinados componentes del magma. En esta mezcla fundida los iones metálicos se mueven más o menos libremente. En la mayoría de los magmas algunos cristales formadores durante las fases previas de enfriamiento de magma se encuentran suspendidos en la mezcla fundida. Una porción alta de cristales suspendidos y material líquido imprime al magma algunas de las propiedades físicas de un sólido. Además de líquidos y sólidos el magma contiene diversos gases disueltos en el. El punto de fusión del magma se ubica en profundidades entre 100 y 200km, es decir en el manto superior. Se supone que sólo una porción pequeña del material del manto está fundida, lo demás está en estado sólido. Este estado se llama la fusión parcial. La porción fundida es un líquido menos denso en comparación con la porción sólida. Por consiguiente tiende a ascender a la corteza terrestre concentrándose allí en bolsas y cámaras magmáticas. Por ejemplo el magma máfico, que asciende continuamente a lo largo de los bordes de expansión en los océanos se reúne en cámaras magmáticas cerca de la base de la corteza oceánica en profundidades entre 4 y 6 km por debajo del fondo oceánico. El magma emplazado en alta profundidad en la corteza terrestre enfría lentamente. En la formación del magma la presión juega un papel importante. A alta presión las temperaturas de cristalización de los minerales son altas también. Una diminución de la presión tiene en consecuencia una diminución en la temperatura de fusión o cristalización de los minerales. De este modo en altas profundidades en la corteza terrestre y en el manto superior puede producirse el magma a partir de material sólido. Comparamos el material sólido rocoso situado en altas profundidades es decir en el manto superior con un volumen de agua encerrado en una olla de presión hirviéndose por ejemplo a una temperatura de T = 120°C. ¿Cómo el agua se convierte en vapor? ¿O es decir cómo el material rocoso se convierte en un magma? Hay dos posibilidades: 1. Se puede intensificar el fuego o es decir aumentar la temperatura hasta que el agua está en ebullición. 2. Se puede abrir la olla de presión o es decir diminuir la presión, el agua saldrá de la olla en forma explosiva y gaseosa. En el caso del material rocoso situado en el manto superior la diminución de la presión (la segunda alternativa) es la más probable para la fundición del material rocoso y la generación del magma. Lava Lava se denomina la porción del magma, que aparece en la superficie terrestre y 45 que entra en contacto con el aire o con el agua respectivamente. La lava enfría rápidamente. Volátiles Volátiles son sustancias químicas líquidas y gaseosas que mantienen el estado líquido o gaseoso a una temperatura (temperatura de fusión o de condensación respectivamente) más baja que la de los silicatos caracterizados por temperaturas de fusión relativamente altas. El magma contiene entre otros los componentes volátiles siguientes: Agua como gas disuelto: 0,5 - 8% del magma y 90% de todos los volátiles. Carbono en forma de CO2, Azufre S2, Nitrógeno N2, Argón Ar, Cloruro Cl2, Flúor F2 y Hidrógeno H2. Durante la cristalización del magma los volátiles son separados del magma en consecuencia de su temperatura de fusión o condensación respectivamente mucho más baja que la de los silicatos. Los volátiles se liberan junto con el magma emitido por un volcán por ejemplo. La liberación de los volátiles es responsable de la formación de nuestra atmósfera y de la hidrosfera. Gradiente geotérmico El gradiente geotérmico en la corteza o es decir la subida de la temperatura con la profundidad es como promedio 1°/30m o 30°/1km. En una zona de subdución a lo largo de la placa hundida el gradiente geotérmico es menor, aproximadamente 5°C a 10°C/1km. En un arco magmático el gradiente geotérmico es mayor y puede alcanzar 90° a 100°/km. 1.4 Como se funde una roca en la naturaleza Cada mineral tiene su propia temperatura de fusión para definidas condiciones (como presión, composición química). En lo siguiente se presenta la temperatura de fusión Tf de algunos minerales y rocas para presiones definidas. Mineral o roca Olivino Anortita Fierro Fierro Roca básica seca Formula estructural Presión en kbar 0,001 (= 1 bar) CaAl2Si208 0,001 Fe 0,001 Fe 40 60% de piroxeno, 8 (Mg, Fe)2SiO4 46 Profundidad correspondiente en km Temperatura de fusión Tf en °C 0 1600-1800 0 0 100 20 1200-1400 1500 1650 1360-1400 40% de anortita Roca básica con una proporción substancial de agua 60% de piroxeno, 40% de anortita, 8 agua 20 700-1000 Se concluye, - que en ausencia de agua un aumento en la presión tiene un aumento en la temperatura de fusión como consecuencia o viceversa una baja de la presión resulta en una diminución de la temperatura de fusión de una sustancia. - que la temperatura de fusión de una roca seca es mayor en comparación a la temperatura de fusión de la misma roca con la presencia substancial de agua. Por consiguiente la presencia de agua disminuye la temperatura de fusión de los silicatos en el magma. Un magma ascendente, que contiene agua y que está expuesta a una diminución progresiva de la temperatura al subir desde la corteza puede llegar a profundidades someras e incluso a la superficie terrestre antes de solidificarse. Tipos de las rocas ígneas Tipos de rocas ígneas y su reconocimiento: Rocas ígneas o magmáticas Rocas Rocas intrusivas o Rocas extrusivas o subvolcanicas o rocas plutónicas volcánicas hipabisales Cristalización en Cristalización en Cristalización a la altas baja superficie profundidades profundidades enfriamiento enfriamiento Enfriamiento lento mediano rápido cristales pequeños cristales grandes o cristales grandes y tal vez pequeños fenocristales sin minerales casi sin minerales con minerales amorfos amorfos amorfos sin porosidad textura equigranular cristales hipidiomórfico casi sin porosidad con porosidad textura equigranular o porfídica cristales hipidiomórficos Rocas volcanoclasticas Cristalización superficial o en la atmósfera enfriamiento muy rápido cristales pequeños con minerales amorfos tal vez textura espumosa grano fino o textura porfídica grano fino con bombas o clastos fenocristales idiomorficos cristales con contornos 47 o/y fenocristales idiomorf. fundidas Las rocas ígneas o magmáticas se puede subdividir en 2 o mejor en 4 subgrupos. Los dos más importantes serían las rocas intrusivas (cristalización en altas profundidades, adentro de la tierra), las rocas extrusivas o volcánicas (cristalización a la superficie de la tierra). Además existe el grupo de las rocas subvolcanicas o hipabisales (cristalización adentro de la tierra pero en sectores cercanos de la superficie y el grupo de las rocas piroclasticas cuales se forman en conjunto de procesos atmosféricos como el viento. Origen de las rocas ígneas Un cuerpo de rocas cristalizado en altas profundidades se llama intrusión. Cuerpos intrusivos muy grandes se llaman batolito. Intrusiones y batolitos tienen un techo, es el sector del contacto arriba a las rocas de caja. Algunas veces se caen rocas de la caja al magma cuales no se funden. Estos trozos extraños se llaman xenolitos. Un cuerpo intrusivo con un ancho de algunos kilómetros contiene una energía térmica tremenda y va a afectar las rocas de caja en una zona de contacto. Las rocas de este zona se convierten a causa de la temperatura a rocas metamórficas (metamorfísmo de contacto). Generalmente un magma tiene un peso especifico menor como una roca sólida, por eso un magma puede subir hacia arriba apoyado por la alta presión y por los gases adentro del magma y como factor muy importante por un régimen tectónico de expansión. Sí el magma sube hacia la superficie se va a formar un volcán. Pero algunas veces no alcanza para subir hacia la superficie por falta de presión, entonces se van a formar diques, stocks o lacolitos cuales pertenecen a las rocas hipabisales. 48 Diferenciación por cristalización -Cristalización de un magma de silicatos Términos y Definiciones: Diferenciación: formación de magmas parciales de distintas composiciones. Fraccionamiento: separación de los minerales cristalizados del magma restante por gravitación por ejemplo. A partir del magma los cristales de silicatos se forman sucesivamente cuando la temperatura del magma llega a la temperatura de fusión típica para cada tipo de cristal. Los primeros cristales formados a altas temperaturas después pueden cambiar su composición o pueden disolverse nuevamente. De tal modo los cristales ya formados contribuyen con sus iones, moléculas y átomos al magma y se combinan nuevamente formando nuevos cristales cuya temperatura de fusión es más baja que la de los primeros cristales formados. Se dice que los nuevos cristales son estables a las temperaturas más bajas establecidas ahora. Estos procesos de cambio se llaman reacciones. Como ocurren varias reacciones sucesivas conforme disminuye la temperatura del magma la serie ordenada de reacciones se llama la serie de BOWEN en honor al científico estadounidense que formuló este concepto. Se distingue dos tipos de reacciones, la reacción continua y la reacción discontinua. Por reacción continua un cristal formado a altas temperaturas como una plagioclasa rica en el componente Ca2+ varía gradualmente su composición reemplazando una porción de los iones de Ca2+ por los iones de Na+ y una porción de los iones Al3+ por los iones de Si4+. Para mantener su neutralidad el reemplazo de Ca2+ por Na+ está acoplado con el reemplazo de Al3+ por Si4+. La serie de reacción continua parte de la plagioclasa rica en Ca2+, pasa por varias plagioclasas de composición intermedia hacia la plagioclasa rica en Na+. Por reacción discontinua un cristal máfico formado a alta temperatura reacciona 49 con el liquido restante, una porción de los cristales formados a alta temperatura se disuelve y sus iones constituyen juntos con otros iones del magma otro mineral más rico en Si y estable a una temperatura más baja que la del primero mineral cristalizado. La serie de reacción discontinua inicia con la cristalización de olivino pasa hacia el piroxeno seguido por el anfibol seguido por la biotita. La serie de BOWEN incluye las dos ramas convergentes de las series continua y discontinua. La plagioclasa rica en Na+ cristaliza casi simultáneamente con la biotita. Ambos siguen el feldespato alcalino, la moscovita y el cuarzo en el orden de la temperatura disminuyéndose. Considerando la estructura cristalina de los minerales máficos de la serie de reacción discontinua se observa a altas temperaturas la cristalización de las estructuras de tetraedros de (SiO4)4 - sencillas y con la temperatura sucesivamente disminuyéndose las estructuras de tetraedros de (SiO4)4 - se vuelven más complejos. El olivino, cuya estructura se constituye de los tetraedros de (SiO4)4- independientes cristaliza al primero a las temperaturas más altas, seguido por el piroxeno con cadenas simples de tetraedros de (SiO4)4-, seguido por el anfibol con cadenas dobles de tetraedros de (SiO4)4 - y al final se forma la biotita con su estructura compleja de láminas de tetraedros de (SiO4)4 -. Se distinguen algunos pocos tipos primarios de magmas como por ejemplo el magma basáltico. Entre otras causas la diferenciación magmática se debe al descenso de los cristales precipitados temprano y de mayor densidad en comparación con el magma restante, tales minerales como olivino, piroxeno y espinela. El descenso de estos cristales es en gran parte un efecto de la gravitación. Por esto se habla de una diferenciación gravitativa. Los cristales precipitados temprano se acumulan en el fondo de la cámara magmática. La acumulación de los cristales se denomina cúmulos. Los cúmulos son ricos en los elementos Mg, Fe, Cr y Ni. El magma restante es rico en los elementos Si, Al, Na y K. Ocasionalmente algunos minerales relativamente livianos precipitados tempranos se separan del magma restante más denso y suben hacia arriba. Este proceso se ha observado en la chimenea del volcán Vesuvio, Italia, donde los cristales menos denso de leucita se precipitaron temprano, se separaron del magma restante más denso y subieron. Durante un enfriamiento paulatino del magma el proceso de la diferenciación gravitativa entre el cúmulo de cristales y el magma restante puede ocurrir varias veces supuesto que los cristales sean separados del magma restante. Las fábricas de cúmulo están realizadas principalmente en los cuerpos plutónicos máficos y ultramáficos y se las llaman 'layered intrusions' o es decir intrusiones estratificadas. La 'layered intrusion' la más grande es el complejo de Bushveld, Africa del Sur y es un cuerpo magmático de 450 x 350km2 de 9km de espesor, compuesto de estratos de peridotita, piroxenita, gabro, norita y anortosita. En su parte inferior se sitúan 15 bandas de cromita de espesores hasta 1m suprayacentes por 25 bandas de magnetita. Otros cúmulos son la intrusión de Skaergard en Groenlandia y el complejo de Stillwater en Montana, EEUU. 50 La formación de magmas parciales se explica por - La diferenciación gravitativa - El principio de reacción de BOWEN (izq.): Las reacciones de los minerales cristalizados temprano con el magma restante se puede describir esencialmente con los dos siguientes sistemas sencillos de modelo: Forsterita (Mg2SiO4) - SiO2 apropiado para los minerales máficos como olivino y piroxeno: Cristalización del olivino --> separación parcial del magma restante por gravitación (acumulación del olivino en el fondo de la cámara magmática) o por la formación de una aureola de piroxeno alrededor del olivino, la cual funciona como un escudo de protección impidiendo que el olivino reaccione con el magma --> magma restante enriquecido en SiO2 y en Fe2+, más pobre en MgO respecto al magma originario --> descenso de la temperatura --> formación de (Mg, Fe) piroxeno --> (Mg, Fe) Ca-piroxeno --> hornblenda --> biotita. Los minerales cristalizados relativamente tarde como hornblenda y piroxeno incorporan grupos de OH en su estructura. Factores importantes de la diferenciación del magma son: - la temperatura, - la composición del magma restante variándose, - la presión parcial del gas de H2O a partir de la cristalización de los minerales caracterizados por grupos de OH. 51 El contenido mineral modal de las magmatitas varia ampliamente con los contenidos en los óxidos. La variabilidad de las rocas magmáticas se basa en los procesos de su formación mencionados en lo siguiente: a) Formación de magmas primarios diferentes en el manto superior. b) Formación de magmas en la corteza oceánica profundamente hundida. c) Diferenciación de estos magmas por cristalización fraccionada. d) Interacción de los magmas de origen profundo con las rocas de la corteza terrestre y su evolución por medio de diferenciación y otros procesos. Clasificación por el contenido de SiO2 Una clasificación simple de las magmatitas se basa en su contenido en SiO2, se distingue: 52 magmatitas ácidas: magmatitas intermedias: magmatitas básicas: magmatitas ultrabásicas: >65% de SiO2 65 - 52% de SiO2 52 - 45% de SiO2 <45% de SiO2 El contenido mineral modal de las magmatitas varia ampliamente con los contenidos en los óxidos. La variabilidad de las rocas magmáticas se basa en los procesos de su formación mencionados en lo siguiente: a) Formación de magmas primarios diferentes en el manto superior. b) Formación de magmas en la corteza oceánica profundamente hundida. c) Diferenciación de estos magmas por cristalización fraccionada. d) Interacción de los magmas de origen profundo con las rocas de la corteza terrestre y su evolución por medio de diferenciación y otros procesos. La nomenclatura siguiente se funda en las reglas de la Unión Internacional de las Ciencias Geológicas. Dichas reglas se presenta en el triángulo doble de Streckeisen y otros diagramas. En el caso de las plutonitas y diques completamente cristalinos la clasificación se basa en el contenido mineral modal. El contenido mineral modal significa la participación cuantitativa de los minerales en porcentajes de volumen global de la roca en cuestión y se puede determinarlo cuantitativamente. Diagrama de STRECKEISEN (Triangulo doble de STRECKEISEN): 1. Para rocas intrusivas y hipabisales (subvolcanicas) 2. Para rocas volcánicas 53 Uso del diagrama: 54 Ejemplo del cálculo para encontrar el punto en el triangulo Para la presentación de una roca magmática se debe conocer su contenido mineral modal. Métodos simples para determinarlo son los siguientes : a) Se determina el contenido cualitativo de la roca identificando todos los minerales microscópicamente visibles y se estima la participación de cada tipo de mineral. b) Se determina el contenido cualitativo de la roca observando una sección transparente de la roca en cuestión a través de un micropolariscopio, identificando todos los minerales y contando los diferentes tipos de minerales (por ej. por medio de un ‘point counter’), que aparecen en un área definida, por ej. de la dimensión 10 x 10 mm2. Los cuatro parámetros del triángulo doble de Streckeisen son : 1. Q = Cuarzo y otros minerales de SiO2. 2. A = Feldespato alcalino (feldespato potásico incluido pertita y albita con menos de 5% del componente anortita, sanidina). 3. P = Plagioclasa (An 5 a 100), scapolita. 4. F = Feldespatoides : leucita, calsilita, nefelina, sodalita, noseana, hauyna, cancrinita, analcima y los productos de transformación de estos minerales. Los porcentajes de volumen de los componentes A, P, Q o F se determina contando los componentes A, P, Q o F o se aplica una de las normas especiales a un análisis químico de la roca. Se convierte los porcentajes de volumen de A, P, Q o F a 100% y 55 los resultados se presenta en el triángulo doble de Streckeisen. De tal modo se puede clasificar una roca magmática y se obtiene la denominación de la roca en cuestión. El problema de campo 9 y 10 (Andesita-Basalto/Diorita-Gabro) Dioritas/andesitas y gabros/basaltos caen en el mismo campo (campo10) del triángulo doble de Streckeisen. Casi el único componente claro, de que se constituyen, es la plagioclasa. Se distingue entre diorita y gabro con base en la composición de la plagioclasa : Andesita An 30-50% Hornblenda Biotita más clara porfídica Basalto An 50-90% Augita Olivino más oscuro textura fina Diorita An 30-50% Hornblenda Biotita más clara Gabro An 50-90% Augita Olivino más oscuro Contenido de minerales amorfos En el caso de las vulcanitas adicionalmente se puede indicar su contenido en vidrio como sigue: 0 - 20 % de volumen: llevando vidrio. 20 - 50 % de volumen: rico en vidrio. 50 - 100 % de volumen: vidrioso. Vulcanitas ácidas y vidriosas con un porcentaje de volumen mayor que 80% se llaman obsidiana o ‘Pechstein’. Los minerales máficos Los minerales máficos no se presentan en el triángulo doble de Streckeisen. Minerales máficos son micas de Fe y Mg, anfiboles y piroxenos, olivino, menas, circón, apatito, titanita, epidota, ortita, granate, melilita, monticelita y carbonatos primarios. Según su composición la moscovita no pertenece a los minerales máficos, pero tampoco pertenece a los componentes A, P, Q y F. Los minerales máficos se toman en cuenta de tal modo, que se determinan su participación en la roca magmática en cuestión. Si su participación es menor de 90% (índice de color M < 90), se utiliza el triángulo doble de Streckeisen. Si su participación es mayor de 90% (M > 90), se trata de una roca ultrabásica, la cual se clasifica a través de otros diagramas, que se basan en el contenido de los minerales 56 máficos. Para todas las categorías de rocas del triángulo doble de Streckeisen se puede utilizar una clasificación suplementaria en base de su índice de color empleando los prefijos siguientes : M (cant. de Nombre máficos) leucoM= 0 - 35% mesoM= 35 - 65% melaM= 65 - 90% ultramáfico M= 90 - 100%. Rocas, cuya composición se presenta al lado izquierdo del triángulo doble de Streckeisen es decir rocas ricas en A y Q o A y F, son más pobres en minerales máficos que las rocas, cuya composición cae al lado derecho de este triángulo o es decir rocas ricas en P y Q o P y F. Además se puede utilizar triángulos, que proporcionan los contenidos en minerales máficos, feldespatos y cuarzo o feldespatoides en vez de cuarzo. Para la presentación de los cuatro componentes se debe utilizar un tetraedro. Reglas especiales se emplea para rocas, que llevan melilita (sorosilicato, que forma pares de tetraedros de (SiO4)4-, (Ca,Na)2((Mg,Fe2+,Al,Si)3o7) y carbonatos . Diagrama de la clasificación basada en los contenidos de Olivino-Piroxenos Para m>90 %: Contenido de minerales máficos mayor de 90 % 5. Diques y rocas subvolcánicas (hipabisales) La nomenclatura para los diques y rocas subvolcánicas no se practica uniformemente, pero se tiende a acercarla a la nomenclatura de las rocas 57 plutónicas. En el caso de estas rocas se elige una denominación, que también indica propiedades especiales de su textura, por ej. se llama microgranito a un dique o una roca subvolcánica de composición granítica o se llama microgranito porfídico a un dique con inclusiones de feldespato y/o cuarzo en una masa densa o de grano muy fino. Denominación: a) Según STRECKEISEN para rocas intrusivas: b) Nombres especiales: Pegmatita / Aplita / Lamprófidos Ejemplos: granito porfidico: Dique con Cuarzo, Feldespatos Alcalinos y Plagioclasa con una textura porfídica. microdiorita: Dique con Plagioclasa, pero con cristales pequeños. pegmatita: Dique normalmente oscuro con cristales demasiado grandes (10 cm-1m) de minerales y elementos quimicos muy escasos. Aplita: Dique blanco con cristales pequeños. Lamprófidos: composición mesocrática a melanocrática. Piroclásticos El material no compactado se denomina tefra, independientemente de la composición o del tamaño de los granos. Los diferentes fragmentos, sueltos o compactados, son llamados piroclastos. Por los procesos de erosión las cenizas y las tobas pueden ser transportados y aglomerados con material pelítico formando las tufitas o los sedimentos tufíticos. Las tufitas son rocas piroclásticas con una adición de hasta el 50% de detritus normales. Por encima de este porcentaje se habla de un sedimento tufítico. Clasificación de las piroclásticos : Tamaño de los fragmentos > 64 mm 2 - 64 mm Tefra (sin compactación) bombas lapilli < 2 mm ceniza piroclasticas (compactadas) piroclásticas toba de lapilli toba de ceniza, ignimbrita Nombres especiales Piedra pómez son piroclásticos porosos, que se constituyen de vidrio en forma de 58 espuma y que se forman durante un enfriamiento muy rápido de un magma ascendiente de alta viscosidad (que sufre una descompresión repentina). Estos son muy característicos de las vulcanitas claras y ácidas, como por ej. de la riolita, y por ello son de color blanco grisáceo hasta amarillento, raramente de color café o gris. Piedras pómez frescas son de brillo sedoso. Se constituyen de fibras de vidrio trenzadas subparalelamente y retorcidas alrededor de huecos y de inclusiones. Sus equivalentes basálticos se denomina escorias ricas en burbujas. Ellas son mucho más raras que la piedra pómez. Ignimbritas son sedimentaciones de corrientes de ceniza, son de mala selección, de tamaño relativo de componentes irregular, de modo heterogéneo, porosas. Muchas ignimbritas son de textura paralela debido a formaciones de vidrio, aplanadas con diámetros de hasta 10cm. Formacion: Rocas Intrusivas / rocas plutonicas -Cristalización a dentro de una camara de magma -Cristalización muy lento (algunos millones de años) -Ambiente de alta presión Textura: -Holocristalinas: Solo existen minerales con estructura cristalina: No hay vidrio! -Cristales de tamaño mediano y grande (0,5 mm hasta 2 mm) Todos los cristales en una muestra tienen normalmente el mismo tamaño. Excepción: Granito porfídico. El granito porfídico es una roca intrusiva con una textura porfídica como normalmente se encuentra en las rocas volcanicas (Riolita, Andesita) -Hipidiomórfico: Cristales tienen una forma aproximadamente propia. -Minerales son distibuidos irregularmente, homogéneas. -Masisas sin intersticios Textura fanerítica Los granos minerales son suficientemente grandes para identificarlos en una muestra de mano. Las rocas de textura fanerítica son características para intrusiones (rocas plutónicas) y para los núcleos de cuerpos extrusivos grandes (rocas volcánicas), que enfrían lentamente permitiendo un crecimiento de minerales grandes. 59 Textura granular Los minerales principales son isométricos, macroscópicamente visibles. En la mayoría de las rocas la fabrica es masiva, los minerales están distribuidos irregularmente o los minerales no isométricos como las láminas de feldespatos o las micas hojosas están alineados. La textura es típica para las plutonitas y también está desarrollada a menudo en las rocas subvolcánicas y en los diques. Textura equigranular xenomórfica Textura muy común en una roca plutónica: Equigranular significa que los granos tienen el mismo tamaño. Xenomórfica significa, que los minerales (cristales) no muestran sus contornos propios. Este textura se encuentra entre otras en granitos. Textura panalotriomórfica o xenomórfica La textura xenomórfica es una textura granular. Los minerales principales son xenomórficos, se tocan entre sí con bordes sencillos, arqueados o de otra forma. Muchos gabros están caracterizados por una textura alotriomórfico granular. Textura hipidiomórfica La textura hipidiomórfica es una textura granular. Una parte de los minerales principales es idiomórfica, la otra parte no. La textura hipidiomórfica es muy común en los granitos, las sienitas y las dioritas. Textura panidiomórfica o idiomórfica granular respectivamente La mayoría de los minerales principales es idiomórfica, una proporción relativamente pequeña de los minerales principales es xenomórfica y llena los intersticios entre los minerales idiomórficos. Cúmulo El término 'cúmulo' se refiere a la acumulación de cristales precipitados de un magma sin habiendo sido modificado por una cristalización posterior, la acumulación se debe a la gravedad. 'Cúmulo' también es el adjetivo para la textura de un acumulado (Kumulat). Cumulos están desarrollados especialmente en algunas plutonitas básicas y ultrabásicas, en las intrusiones estratificadas. Los cristales cúmulos se forman a partir del magma y se acumulan en capas o estratos especiales llamados acumulados o en fragmentos de ellos. El material del intercúmulo (o es decir del espacio entre los cúmulos) cristalizado del magma restante se ubica entre los cristales cúmulos. En un acumulado el contenido en material del intercúmulo es 60 menor a 5%. Después de la acumulación a los cristales cúmulos se pueden agregar más material proveniente del intercúmulo. Este material se denomina el adcumulado, por ejemplo compuesto de plagioclasas. Los heteracumulados se componen de los cristales cúmulos y de otros minerales cristalizados alrededor de los cristales cúmulos en manera poiquilítica. Felsita La felsita es una roca compuesta de minerales claros tales como cuarzo y feldespato. Su textura es de grano fino a denso, los minerales no están caracterizados por formas específicas. Textura gráfica Se forma por el intercrecimiento y la penetración de un feldespato alcalino y un cuarzo. En un corte se observa las inclusiones de cuarzo alineados según un orden mas o menos regular en el feldespato alcalino de tal manera apareciendo como letras. Por esto se ha llamado la roca de esa textura 'granito gráfico'. La textura está desarrollada especialmente en algunas pegmatitas. Textura micrográfica Se refiere a los productos de la desvitrificación de intercrecimientos de cuarzo y feldespato alcalino en los granofíros y en las riolitas. La textura está característica para micropegmatitas, granofíros. Los términos gráfico y micrográfico se aplican también a los intercrecimientos de otros minerales por ejemplo entre cuarzo y plagioclasa. Textura mirmequítica La textura mirmequítica se refiere al intercrecimiento de plagioclasa y cuarzo desarrollado en granitos y gneises. La plagioclasa es de forma convexa con respecto al feldespato alcalino y alberga pétalos y palitos de cuarzo en alineación divergente y en otra. Los intercrecimientos parecidos entre otros minerales se puede llamar similar a la textura mirmequítica. Denominación: Según STRECKEISEN para rocas intrusivas "normales" con un contenido modal de cuarzo, Feldespatos alcalinos y Plagioclasa. Diagrama de piroxenos / olivino sí no hay (menor de 10%) Cuarzo+Feldespatos Alcalinos+Plagioclasa Las rocas intrusivas más importantes: Granito 61 Roca leucocrática con cristales de tamaño medio hasta grande. Principalmente contiene como minerales claras: Feldespatos alcalinos (microlina o ortóclasa), cuarzo y plagioclasa. El cuarzo muestra normalmente un color gristransparente, con un fracturamiento concoide. Los componentes máficos son biotita, muscovita, hornblenda. Augita es muy escaso. Cuarzo y los feldespatos muestra contornos xenómorfos, las plagioclasas y los máficos son generalmente hipidiomórfico o idiomórfico. Granodiorita: La Granodiorita contiene una menor cantidad de los Feldespatos Alcalinos in comparación al granito. Con mayores cantidades de plagioclasa tambien se aumentan las cantidades de los componentes máficos. Los minerales máficos más comunes son biotita, hornblenda, raramente augita. Diorita 62 La diorita aparece generalmente de color "blanco-negro" o es levemente grisverde.Como componente clara se encuentra casi solo plagioclasa (Contenidos de An 3050). Cuarzo y los feldespatos alcalinos no superan 5%. Los máficos más comunes son hornblenda verde, biotita y titanita. Augita es más escasa. La textura es hipidiomórfica granular, pero los grandes cantidades de plagioclasa (blanco-gris) esconden la equigranualidad. Gabro Roca melanocrática, con la misma ubicación en el diagrama de Streckeisen como la diorita. La plagioclasa es la componente predominante, pero con contenidos de An entre 50-90. Piroxenos son muy frecuente. Sienita: La sienita tiene una textura equigranular, de grano mediano hasta grano grueso. Su color en general es rosado hasta gris. La componente más común es el feldespato alcalino, y hasta 35% la plagioclasa. Cuarzo no es tan predominante. Además se encuentra biotita, hornblenda y augita. Afloramiento: En la región Atacama se conocen una gran cantidad de rocas intrusivas. En la mayoria afloran Dioritas, Granodioritas, Monzonitas y Granitos. Ejemplo: Cerro de la Universidad de Atacama: Diorita Una roca especial: Granito órbicular entre Chañaral y Caldera Subvólcanicas (Diques) 63 Los Diques Estructuras tabulares magmaticas con un espesor entre 0,5m hasta 200 m. En la mayoria este cuerpos son sub-vertical. Textura de rocas hipabisales Las rocas de diques tienen una textura parecida como una roca íntrusiva o volcanica: a) Textura equigranular, grano mediano, pero el tamaño de los cristales es mas pequeño. b) Textura porfídica con cristales en la masa más grandes como en una roca volcanica común. Denominación: a) Según STRECKEISEN para rocas intrusivas: b) Nombres especiales: Pegmatita o Aplita Rocas Hipabisales: Ejemplos: granito porfidico: Dique con Cuarzo, Feldespatos Alcalinos y Plagioclasa con una textura porfidica. 64 microdiorita: Dique con Plagioclasa, pero con cristales pequeños. Pegmatita: Dique normalmente oscuro con cristales demasiado grandes (10 cm-1m) de minerales y elementos quimicos muy escasos. A diques de grano grueso a gigantesco · con (1) feldespatos, cuarzo +/- micas o · con (2) feldespatos, feldespatoides y otros silicatos de aluminio como componentes principales se llama pegmatitas. Principalmente se distingue · pegmatitas graníticas (1) y · pegmatitas, cuya composición es parecida a la de las sienitas nefelinas (2). En la fase básica de cristalización de los plutones se segregan principalmente silicatos libres de agua, tales como feldespato y cuarzo, de modo que el fundido restante durante la separación por cristalización tiene que volverse cada vez más rico en H2O. Además es enriquecido con otros elementos fácilmente volátiles, tales como el flúor, el cloro y el boro. Los últimos sobre todo juegan un papel importante en el estadio neumatolítico (T = 500 - 400ºC) de la sucesión magmática. El estadio pegmatítico se desarrolla con temperaturas encima de 500ºC. Las pegmatitas separan por cristalización cantidades grandes de silicatos. Sobre todo las pegmatitas se caracterizan por su textura peculiar. La riqueza en agua de estos fundidos restantes produce las condiciones aptas de crecimiento y, por selección de gérmenes, un proceso que provoca que solo crezcan unos gérmenes minerales muy determinadas. De este modo se forman pocos monocristales, pero muy grandes. Además se produce el enriquecimiento de los fundidos residuales en elementos muy raros, tales como el litio, el berilio, el boro, el niobio y otros. Aplitas Dique blanco con cristales pequeños A diques claros de grano pequeño a fino, que según su composición corresponden a plutonitas distintas del triángulo doble de Streckeisen se llama aplitas, por ej. aplita de granito, de granodiorita o sienita. Generalmente las aplitas son rocas leucocráticas (M<5). Lamprófidos Otro grupo de diques forman los lamprófidos, los cuales con respecto a su textura no son equivalentes simples de plutonitas o vulcanitas comunes. Por esto se establecieron una clasificación distinta para estos diques. Propiedades comunes de los lamprófidos son los siguientes: 1. composición mesocrática a melanocrática 2. feldespatos si existente solo en la masa básica 3. inclusiones de biotita y anfibol o abundante en la masa básica, otros minerales máficos son clinopiroxeno, olivino, en casos especiales también melilita 4. contenido alto en K2O (o K2O + Na2O) respecto al contenido en SiO2 5. contenido alto en minerales primarios hidroxidos (biotita, anfibol, Feflogopita) y en productos de transformación hidrotermal (clorita, 65 actinolita, talco, sericita, zeolitas) 6. contenido alto en elementos más raros como Cr, Ni, Sr, Rb, P y otros. Con base en su petrografía, su composición química su asociación con otras magmatitas se distingue por lo menos 3 grupos de lamprófidos: 7. Lamprófidos en sentido estricto o lamprófidos shoshoníticos o lamprófidos de calcio y elementos alcalinos (z.B. Minetta, Kersantita, Vogesita, Spessartita). La composición química de los lamprófidos en sentido estricto es SiO2 46 a 57%, Al2O3 11 a 18%, Oxidos de Fe 5 a 10%, MgO 3,5 a 9,5%, K: (K + Na) 0,4 a 0,9 en los minettas y 0,2 a 0,7 en los otros lamprófidos, Mg: (Mg + Fe) 0,4 a 0,8. 8. Diques anchibasálticos o lamprófidos alcalinos (z.B. Camptonita, Monchiquita). En su quimismo y parcialmente en su contenido mineral modal las rocas de este grupo son parecidos a los basaltos alcalinos y sus diques. 9. Diques alcalinos y ultrabásicos (z.B. Ouachitita), lamprófidos y carbanaceos (z.B. Alnöita, Polzenita). Las rocas volcánicas (extrusivas) Introducción: Formas de solidificación de las vulcanitas estrechamente están relacionadas con su contenido en SiO2, con el contenido gaseoso de los fundidos respectivos y con la viscosidad de la lava. Los magmas o las lavas de alto contenido en SiO2 son de alta viscosidad o es decir ellos son relativamente poco líquidos, los magmas o las lavas de bajo contenido en SiO2 son de poca viscosidad o es decir son relativamente líquidos. Las superficies de corrientes de lava basálticas, que son de poca viscosidad (muy líquidos), muestran formas de solidificación características. Las denominaciones de estas formas de solidificación se han derivados de las lenguas aborígenes de Hawai, por ej. Las lavas cordadas se llaman ‘Lava de AA y Pahoehoe’. Si una corriente de lava fluye en un lago o hacia el interior de un mar (en los lomos de mar subacuáticos por ej.) Se forman las lavas de almohada o ‘pillows’, que son de composición basáltica. La lava Propiedades de la lava son las siguientes: a) Temperatura (T) b) Explosividad a) Viscosidad: el grado, en que el fluido se resiste a fluir cuando está sujeto a fuerzas no equilibradas. Viscosidad baja = derretido, similar a una mezcla de leche y azúcar para hacer caramelos a baja T. Viscosidad alta = pegajoso, similar a la misma mezcla de leche y azúcar, que 66 fue hervida varios minutos y enfriada y que se ha convertida en una mezcla espesa. Lava básica Emerge con T = 1000 - 1200°C. De baja viscosidad debido a su bajo contenido en tetraedros de Si-O. Se mueve rápidamente a lo largo de superficies suavemente inclinadas tales como laderas de pendientes suaves, a menudo se desparrama en laminas delgadas. De bajo contenido en volátiles. Lava ácida Emerge con T = 800 - 1000°C. De alta viscosidad, por esto fluye lentamente y se solidifica relativamente cerca del lugar de donde emerge. De alta explosividad debido a su alto contenido en volátiles Textura: Recuperación: Texture' (ingles) Modo de construcción de la roca, describe las relaciones entre los componentes, que construyen la roca. 'Fabric' (ingles) Disposición espacial de los componentes de una roca. Componentes se llama a grupos de minerales idénticos o elementos estructurales idénticos. Textura fanerítica (véase) Los granos minerales son suficientemente grandes para identificarlos en una muestra de mano. Las rocas de textura fanerítica son características para intrusiones (rocas plutónicas) y para los núcleos de cuerpos extrusivos grandes (rocas volcánicas), que enfrían lentamente permitiendo un crecimiento de minerales grandes. Ejemplos de rocas son: granito equigranular, de grano medio y macrocristalino; monzonita de grano medio a grueso; gabro de grano pequeño o grueso. Textura afanítica Los cristales son tan pequeños, que se debe observarlos con un microscopio para identificarlos. Se forman mediante el enfriamiento rápido y la cristalización rápida de un magma con abundantes núcleos a partir de que crecen los cristales pequeños. Las texturas afaníticas originan de cuerpos magmáticos pequeños emplazados en una profundidad muy somera o en la superficie terrestre, donde el enfriamiento pasa rápidamente. La textura afanítica también puede 67 formarse secundariamente por la desvitrificación de vidrios naturales. Ejemplos de rocas son: basalto, la matriz afanítica de muchas rocas volcánicas. Textura vítrea La roca se compone de una cantidad apreciable de vidrio volcánico visible en una muestra de mano, cristales parcialmente también pueden constituir la roca. La textura vítrea se forma en cuerpos magmáticos como corrientes de lava y intrusiones emplazadas en una profundidad muy somera. En este ambiente la temperatura inicialmente alta de los cuerpos magmáticos desciende tan rápidamente, que los átomos no tienen suficiente tiempo para ordenarse y formar una estructura ordenada cristalina. El líquido silicático se solidifica formando un vidrio completamente desordenado. Textura porfídica Muchas vulcanitas están caracterizados por una textura porfídica y presentan la variación hiatal y irregular de tamaños de granos. La textura porfídica se caracteriza por fenocristales relativamente grandes situados en una masa básica de grano más fino o de vidrio. A menudo los fenocristales son redondeados con respecto a sus aristas o corroídos con bordes redondeados o arqueados. Los fenocristales están aislados o agrupados. En el último caso la textura se llama textura glomerofídica. Los fenocristales pueden ser de un solo tipo de mineral o de varios tipos de minerales. La textura fina de la matriz de muchas rocas porfídicas a menudo es microlítica, constituida de numerosos cristales pequeños distribuidos irregularmente o alineados, que se ubican en una masa de cristales aún más finos o de vidrio. La textura porfídica es típica para las rocas volcánicas, para muchas rocas subvolcánicas y para algunos diques. Incluso las plutonitas pueden adquirir una textura similar a la textura porfídica producida por cristales grandes similares a fenocristales Origen de la textura porfídica: Los primeros cristales crecidos son idiomorfos, de mayor tamaño, son las llamativas inclusiones que crecen sin impedimentos y poco a poco y están envueltos por una masa de grano fino de los cristales que se han formado por un cambio rápido posterior de temperatura. Textura clástica Clastos, fragmentos de vidrio, rocas y minerales están unidos por una matriz. Esta textura es típica para rocas magmáticas de formación volcánica explosiva. 68 Rocas de dos tipos dominantes de textura son los siguientes: Una roca de textura clástica puede constituirse de fragmentos de rocas afaníticas y/o faneríticas y de fragmentos vítreos. Si la mayoría de los clastos son vítreos, se denomina la textura de la roca vitroclástica. Otras texturas son: Textura fluidal La textura fluidal en muchas vulcanitas se expresa por cristales orientados según el flujo de magma o por estratos de distintas texturas o composiciones mineralógicas. Se distinguen los estratos laminares y plegados. Los estratos planares originan de una corriente laminar en el magma moviéndose. Los estratos plegados manifiestan una transición entre un flujo puramente laminar y un flujo turbulento por ejemplo debido a un obstáculo como un bloque rocoso incorporado en el magma o un impedimento - por ejemplo tipo resalto - en el camino, que sigue el magma en la superficie. La textura fluida origina del enfriamiento, mientras que las corrientes de lava fluyen sobre la superficie terrestre o sobre el fondo de mar e indica la estructura interna del flujo del magma viscoso durante su emplazamiento o su movimiento sobre la superficie terrestre. Textura ofítica La textura ofítica se aprecia por cristales de plagioclasa completamente o parcialmente encerrado por augita. La augita encierra poiquilofíticamente las plagioclasas. Si granos o agregados de granos de otros minerales llenan los intersticios de las plagioclasas se habla de una textura intergranular. Si el material de los intersticios es principalmente de vidrio se trata de una textura hialofítica. Textura intersertal Los intersticios de los cristales grandes y abundantes son manchas angulares de una masa hemicristalina o vítrea o es decir las texturas equivalentes a la textura ofítica formadas por otros minerales. Textura traquítica Textura característica para las traquitas. La masa básica es principalmente holocristalina o incluye sólo una porción pequeña de 69 vidrio. En consecuencia del movimiento de la lava las láminas y listones de feldespato están alineadas en cierto grado paralelamente. La textura traquítica es típica para las traquitas y otras vulcanitas y subvulcanitas ricas en feldespato. Textura pilotáxica Textura de rocas holocristalinas porfídicas con una masa básica esencialmente de microlitos de forma tabular y de listón y a menudo alineados en consecuencia del movimiento de la lava. Textura afírica o afídica Hablando de una textura afírica o afídica se destaca la ausencia de una textura porfídica en una roca y se refiere a una textura afanítica sin fenocristales. Textura vitroporfídica La textura de una roca principalmente vítrea con algunos fenocristales se denomina vitroporfídica. Esta textura es una combinación de las texturas vítrea y porfídica Muchas rocas volcánicas vítreas contienen fenocristales euhédricos (es decir los minerales presentan algunas señales de cristales) crecidos a condiciones de menor perdida de energía térmica y/o de gas en comparación a las condiciones de formación del vidrio. Los fenocristales de feldespato nadan en una matriz de vidrio perlítico con bandas de concentraciones variables de cristalitos diminutos. La textura vitroporfídica se genera por efervescencia explosiva de un magma viscoso de sílice. Textura esferulítica La roca se caracteriza por esferulitas, las cuales son concentraciones esféricas o elipsoidales de cristales fibrosos y radiantes, ubicadas en una matriz vítrea o afanítica. Las esferulitas se componen generalmente de feldespato alcalino y de polimorfos de SiO2. Sus diámetros pueden variar de menos de 1mm a 1m. Un núcleo central comúnmente presente actúa como u germen, que inicia la cristalización. Las esferulitas se forman cuando la lava todavía está en movimiento o cuando ha terminado su movimiento. Textura pumítica o espumosa La textura pumítica se refiere a una roca de vesículas en un enrejado de material vítreo. Durante la descarga de presión y la extrusión de un magma rico en gas los gases disueltos forman pequeñas burbujas innumerables o vesículas respectivamente. Si las vesículas residan en un magma sin o pobre en cristales subsecuentemente solidificándose y formando material vítreo o afanítico resulta una roca de vesículas en un enreja de vítreo o de material afanítico o sé decir una roca de textura pumítica. 70 Denominación de las rocas extrusivas: a) Según Streckeisen: véase STRECKEISEN Contenido de: Cuarzo / Plagioclasa / Feldespato alcalino / Feldespatoides b) Según la composición geoquímica: véase geoquímica c) Nombres especiales (véase nombres especiales) como Carbonatita, Diabas Rocas volcánicas Andesita: La Andesita se compone principalmente de plagioclasa, hornblenda, biotita y augita. Frecuentemente muestra una textura porfídica con fenocristales de plagioclasa. La matriz es densa y microcrisalina de color negro, gris, grisverdoso, rojizo-café. Los fenocristales son idiomorfos hasta hipidiomorfo de tamaño hasta un centímetro. Basalto: 71 Textura micro/ criptocristalina casi sin fenocristales. Plagioclasa, foides, augita, anfíbol, olivino, magnetita y apatita. Normalmente de color negro o negroverdoso.. Riolita: La Riolita tiene una textura microcriptocristalina, algunas veces con textura porfídica. Se compone de cuarzo, plagioclasa, feldespatos alcalinos y biotita (en general poco máficos). Vidrio volcánico y textura fluidal son comunes. Las rocas volcanoclásticas (o piroclásticas) Ambiente de génesis: En el caso de una actividad volcánica de forma explosiva el magma enfriado se fragmenta y se expulsa y reparte en forma de material suelto. Este material expulsado, fragmentado y distribuido por el viento, no compactado se denomina 72 tefra, independientemente de la composición o del tamaño de los granos. Los diferentes fragmentos, sueltos o compactados, son llamados piroclastos. Las explosiones originan de magma viscoso en ebullición estando cerca de la superficie terrestre, a veces incorporan otras rocas ya solidificadas o magma ya solidificado situados encima del cuerpo magmático en ebullición. Otra causa para las explosiones es el ingreso de agua en un cuerpo magmático viscoso de cualquier contenido en gas. Por la temperatura muy elevada el agua se convierte en vapor aumentando su volumen apreciadamente, las rocas adyacentes se fragmentan debido a la energía generada por la deliberación del gas y se produce una explosión del material. En el caso de una explosión friática el agua subterránea se calienta debido a un cuerpo magmático subyacente de temperatura elevada, y al vaporizar explota expulsando fragmentos accidentales de rocas adyacentes. En una explosión freatomagmática se produce fragmentos juveniles y accidentales. El material piroclástico está expuesto a tres distintos procesos de transporte y deposición: caer desde una nube de ceniza en alturas altas de la atmósfera, flotar en el aire o fluir en una avalancha ardiente. Depósitos de tefra transportada en una nube de ceniza en altura alta de la atmósfera En las erupciones muy explosivas la tefra de tamaño de grano lapilli y ceniza son expulsados hacia alturas altas de la atmósfera, transportada en estas alturas distancias muy largas por medio de corrientes de aire de la nube eruptiva o por el viento antes de caer a la superficie terrestre bajo la influencia de la gravedad. La erupción de un volcán ubicado en Oregon en los Estados Unidos 6600 años atrás ha producido una capa de ceniza volcánica de 30 cm de potencia y hasta una distancia de 130km alrededor del cráter volcánico. La tefra acumulada de esta manera forma puede formar estratos delgados de 1mm o menos de potencia, pero muy persistentes con respecto a su extensión lateral y la composición de cristales y de partículas vítreas de un estrato de tefra puede ser uniforme. Ambas características (alta extensión, composición uniforma) favorecen el empleo de los estratos de tefra transportada por el aire en la atmósfera alta como horizontes estratigráficos en la geocronología. Además la tefra puede alterarse produciendo depósitos de arcillas y zeolitas económicamente valerosos. Depósitos de una nube de forma anular La nube se constituye de gotas de agua y en menor cantidad de partículas sólidas moviéndose lateralmente con velocidades de un huracán partiendo de la base de una pila de erupción vertical. Estas nubes anulares están iniciadas por erupciones freatomagmáticas caracterizadas por la participación de una alta cantidad de agua y vapor. Los depósitos se extienden hasta algunos pocos kilómetros alrededor del cráter y pueden alcanzar potencias hasta 1m. Depósitos de corrientes piroclásticas Una corriente piroclástica o de ceniza o una avalancha (Lawine) ardiente es una mezcla móvil y muy caliente de gas y tefra (eyecciones), que se mueve a lo largo de la superficie terrestre alejándose del centro de erupción y manteniendo su aspecto de corriente. Los depósitos de este tipo son las ignimbritas. 73 Las rocas volcanoclásticas y piroclásticas ocupan una posición intermedia entre las rocas magmáticas y las rocas sedimentarias. El aspecto de su origen de una erupción volcánica es un argumento para considerar los piroclásticos como magmatitas, en el aspecto, que son transportados antes de su sedimentación los piroclásticos son parecidos a las rocas sedimentarias. Por los procesos de erosión las cenizas y las tobas pueden ser transportados y aglomerados con material pelítico formando las tufitas o los sedimentos tufíticos. Las tufitas son rocas piroclásticas con una adición de hasta el 50% de detritus normales. Por encima de este porcentaje se habla de un sedimento tufítico. Textura: Las rocas volcanoclásticas son aquellas con textura clástica causada por procesos volcánicos. Las erupciones volcánicas explosivas por ejemplo producen volúmenes grandes de material detrítico (de detritus) volcanoclástico. Bloques se llaman los clastos angulares producidos por la fragmentación de rocas sólidas. Las bombas se originan de pedazos de magma (normalmente de composición básica o intermedia) expulsados, transportados por el viento y modelados mediante su solidificación en el aire resultando en cuerpos aerodinámicos. Adicionalmente a la clasificación según su tamaño se pueden distinguir los fragmentos volcánicos con base en su composición: a) Vítreo b) Cristalino c) Lítico, es decir de fragmentos de rocas poligranulares (de "litos" = roca) Los clastos de tamaño de grano 'ceniza' usualmente son vítreos o cristalinos, bloques comúnmente son líticos y ocasionalmente vítreos. Los clastos volcánicos pueden ser cementados por minerales precipitados secundariamente como en las rocas sedimentarias o si están calientes todavía pueden ser soldados con fragmentos vítreos diminutos. La clasificación de los clastos solidificados se basa en el tamaño de los clastos. Las tobas compuestas solo de ceniza son muy comunes. Las rocas piroclásticas constituidas solo de lapilli o solo de bloques son muy raras, puesto que los intersticios entre los lapillis (roca de lapilli) o los bloques (brecha volcánica) respectivamente se llenan usualmente con partículas de grano más fino. Más comunes son las mezclas consolidadas de lapillis y ceniza (toba de lapilli) y de bloques y ceniza (brecha volcánica tobácea). A veces se emplean el término aglomerado para depósitos no sorteados de bombas acumulados cerca del viento volcánico Denominación: a) Por medio del tamaño de los piroclastos (Bombas, Lapilli) Tamaño de los Tefra (sin piroclásticas 74 fragmentos > 64 mm 2 - 64 mm compactación) bombas lapilli < 2 mm ceniza (compactadas) piroclásticas toba de lapilli toba de ceniza, ignimbrita b) Nombres especiales como Ignimbrita, Liparita, Piedra Pómez c) Una tercera clasificación se funda en la herencia de los fragmentos volcánicos. Los clastos involucrados y provenientes del evento volcánico se llaman clastos juveniles. Los clastos formados por fragmentación de rocas preexistentes y incorporados en los depósitos volcanoclásticos son clastos accidentales. Ejemplos de rocas: Pumitas (alemán: Bimsstein) son piroclásticos porosos, pumíticas, con brillo sedoso, que nadan en la superficie de agua. Se constituyen de fibras de vidrio trenzadas subparalelamente y retorcidas alrededor de huecos y de inclusiones. De tal modo la roca semeja a espuma. Se forman durante un enfriamiento muy rápido de un magma ascendiente de alta viscosidad (que sufre una descompresión repentina característica para las erupciones iniciales). El material expulsado es muy rico en gas y solidifica durante su vuelo por el aire. Estos son muy característicos de las vulcanitas claras y ácidas, como por ejemplo de la riolita, y por ello son de color blanco grisáceo hasta amarillento, raramente de color café o gris. Pumitas frescas son de brillo sedoso. Sus equivalentes basálticos se denominan escorias ricas en burbujas. Ellas son mucho más raras que la pumita. La pumita se usan como roca de construcción ligera y como termoaislador. Piedra pómez son piroclásticos porosos, que se constituyen de vidrio en forma de espuma y que se forman durante un enfriamiento muy rápido de un magma ascendiente de alta viscosidad. Estos son muy característicos de las vulcanitas claras y ácidas, como por ej. de la riolita, y por ello son de color blanco grisáceo hasta amarillento, raramente de color café o gris. Piedras pómez frescas son de brillo sedoso. La palabra piedra pómez incluye todos las rocas piroclásticas porosas. Ignimbritas son sedimentaciones de corrientes del material expulsado del volcán (avalanchas ardientes). Se constituyen de ceniza, lapilli y bloques. Las componentes están soldadas entre sí. Se puede denominarlas brechas tufíticas de material volcánico de todos los tamaños de grano (ceniza, lapilli, bloques). Las ignimbritas son de mala selección o es decir de distribución irregular de los tamaños de granos, heterogéneas y porosas. Muchas ignimbritas son de textura paralela debido a componentes vítreas, aplanadas con diámetros de hasta 10cm. Sedimentología 75 Definiciones: Sedimentología: Estudio de los sedimentos y su formación. Sedimentos son los depósitos que se forman a la superficie de la tierra y en el fondo del mar. La formación de sedimentos en grandes partes depende de acciones físicas y químicas presentes en la transición roca -atmósfera y roca - agua. Los procesos sedimentológicos ocurren sin la acción de altas presiones y temperaturas. La Sedimentología empieza con el desgaste de una roca sólida, su transporte y termina con su deposición y diagénesis como roca nueva sedimentaria. Rocas sedimentarias, sedimentos: Material que ha sido depositado en el agua, por hielo, por el viento o químicamente precipado en el agua. Los procesos sedimentarios son fenómenos de la superficie terrestre y del agua. Empieza con la destrucción de rocas sólidas por la meteorización, la erosión y el transporte por un medio (agua, viento, hielo), la deposición o precipitación y como ultimo la diagénesis, la formación de rocas sólidas. Los procesos sedimentarios generalmente son muy complejos y dependen de muchos factores. Meteorización Definición: Destrucción de rocas sólidas a causa de fuerzas químicas, físicas o biológicas 76 Tipos de meteorización: Generalmente se conoce tres tipos de meteorización. La meteorización mecánica, meteorización química y la meteorización biológica -orgánica. Cada tipo de la meteorización tiene sus subtipos cuales dependen de los factores físicos, químicos o biológicos. Meteorización mecánica La meteorización mecánica depende fuertemente a fuerzas que pueden destruir las rocas en una forma mecánica. Los más importantes serían: cambio de la temperatura meteorización por helada meteorización por hidratación y/o cristalización de sales Cambio de la temperatura: Los minerales aumenten su volumen en temperaturas altas. Los minerales tienen diferentes propiedades a respeto de la dilatación. Entonces durante día y noche los minerales en una roca cambian su volumen in diferentes magnitudes. Eso al final provoca un rompimiento de los contornos entre los minerales. Los factores de este proceso son: Temperatura mínima, temperatura máxima, tipos (color!) de los minerales juntos. Meteorización por helada: Agua que se ubica adentro de una roca (en grietas o poros) aumenta su volumen durante en el momento de congelarse. Las fuerzas desarrolladas durante de este proceso podrían romper una roca. Los factores son: sector con muchos traspasos entre temperaturas positivas y temperaturas bajo cero. Rocas fracturadas o con alta porosidad, presencia de agua. Por ejemplo en la Cordillera de los Andes en 4000m de altura cada noche las temperaturas bajan hacia bajo cero, al día por el sol las rocas se calientan. 77 1. 2. Meteorización química (corrosión) La meteorización química incluye todos los procesos con apoyo químico. Lo más conocido es la oxidación, que no solamente destruye autos y rejas, también rocas y minerales. Los factores más importantes de la meteorización química son la presencia de agua, el oxígeno y la temperatura (reacciones químicos corren mejor en temperaturas elevadas). Lo más importantes de la meteorización química son: oxidación reducción hidrólisis Meteorización orgánica-biológica La meteorización orgánica biológica no es tan importante en la naturaleza. Pero también cumple su función. Especialmente los ácidos producidos por plantas podrían afectar las rocas. El rol de algunas bacterias también podría ser importante. raíces de plantas bacterias Factores del tipo y cantidad de la meteorización: a) El clima: Las temperaturas máximas y mínimas (no la temperatura mediana!) Temperaturas bajo cero (-0ºC) Cantidad de precipitaciones b) La roca: La dureza/ resistencia contra la meteorización Composición mineralógica Porosidad Desgaste estructural (fracturamiento) 78 Durante la meteorización en una roca se cambia el contenido modal de los minerales: La meteorización afecta al primero las plagioclasas, después los feldespatos. Cuarzo se ve como un mineral muy estable. Durante la meteorización se forman minerales nuevos como caolín. Figura: Meteorización y transformación de los minerales En este ejemplo se aplicó la meteorización a una muestra de un gneis granítico (roca metamórfica). Al principio la muestra contiene más de 40 % de plagioclasa, 30 % de feldespatos y 30 % de cuarzo. Durante la meteorización al primero la plagioclasa se descompuso, después desapareció el feldespato. Durante todo el proceso se formó un mineral nuevo: el caolín. Entonces la meteorización destruye minerales, pero también se forman minerales nuevos. GOLDICH, S. (1938): Journal of Geology; vol. 46) Listado de la resistencia de los minerales contra la meteorización: Cada mineral tiene su resistencia relativa contra la meteorización en comparación de otros minerales. 79 Los suelos (Edafología) Definición: Material producido por los efectos de meteorización y la acción de plantas y animales sobre las rocas de la superficie de la tierra. Normalmente se divide un suelo en tres estratos (horizontes): Horizonte A: Capa superior del suelo. Descomposición de materia orgánica con liberación de ácidos. Este ácidos disuelven el aluminio, hierro, calcio y otros elementos químicos para moverse hacia abajo, hacia horizonte B. Horizonte B: Zona de acumulación. Generalmente con arcillas y óxidos de hierro. Horizonte C: Capa inferior del suelo, sobre la roca sólida no meteorizada. Se compone de trozos de rocas sueltas, ligeramente meteorizados. Existen varios tipos de suelos en el mundo. Los más conocidos son el Podsol y el Tschernoziem. Los factores más importantes de la formación de un suelo son: a) El clima b) Temperatura c) cantidad de precipitaciones d) Tipo de vegetación e) El tiempo (en años) 80 El tipo Podsol: El tipo Tschernoziem: Erosión Definición: El comienzo del Transporte La erosión existe principalmente en el agua (Río y mar). Pero también el viento o glaciares provocan erosión. Erosión del agua: Figura: La erosión, la sedimentación y el transporte pertenecen principalmente a dos factores: 1) Velocidad del agua (velocidad del flujo) 2) Tamaño de las partículas 81 Sedimentación: Generalmente las partículas pequeñas necesitan velocidades pequeñas para sedimentarse. Limo por ejemplo se decanta entre 0,001 cm/ seg. hasta 0,1 cm/seg., gravas se sedimentan con velocidades menores de 10 cm/seg. La erosión: Partículas pequeñas y partículas grandes necesitan velocidades relativamente altas. Es decir una grava entra a la erosión en flujos de agua alrededores de 100 cm/seg. Partículas pequeñas como Limo fino(0,002 mm) también necesitan velocidades altas (también alrededor de 100 cm / seg.). Esta energía relativamente alta de erosión resulta por la alta fricción entre las partículas muy pequeñas. Pero sí flotan una vez en el agua, solo velocidades muy bajas permiten una sedimentación. La arena se erosiona con las velocidades más bajas (entre 10 cm/ seg. hasta 30 cm /seg.) Figura a) Las sedimentitas detríticas o clásticas b) Las rocas de sedimentación químicas c) Las sedimentitas organógenas A menudo sedimentitas clásticas en parte se constituyen de componentes precipitados químicamente y las rocas de sedimentación química en parte llevan componentes clásticos. Las sedimentitas detríticas o clásticas Las sedimentitas detríticas o clásticas se componen de fragmentos de rocas y minerales, que se han formados a partir de rocas anteriores a causa de su erosión, han sido transportados por agua, viento o hielo y finalmente almacenadas mecánicamente. Las rocas clásticas entonces se puede definir como un conjunto de fragmentos. En el caso que los fragmentos son petrográficamente iguales se habla de una roca clástica monomicta, sí son diferentes se habla de una roca polimicta. El 82 cemento y la matriz es el pegamento que junta los clastos. Texturas de rocas sedimentarias clásticas: 1. Componentes formadores de las rocas sedimentarias son los siguientes: · Clastos, fragmentos, detritus, minerales. · Matriz es el detritus o es decir los fragmentos minerales y de rocas pequeñas, por ejemplo granos de cuarzo, de feldespato y de otros minerales y frecuentemente arcillas. · Cemento se compone de los componentes formados por precipitación química mediante la solidificación de la roca sedimentaria y de los minerales arcillosos cristalizados mediante la solidificación de la roca como por ejemplo los grupos minerales de caolinita, de montmorillonita, la illita y los carbonatos. Matriz-Cemento-Clastos Matriz= Cemento + detritus fino Clastos se llama las partículas que forman la roca sedimentaria clástica. La matriz es el cemento y el detritus fino. El cemento se forma químicamente y es el pegamento de los clastos. Clastos son trozos de rocas que provienen un otro sector (área de fuente, sector de origen). Generalmente todas las rocas y minerales pueden aparecer como clasto: Cuarzo, feldespatos, carbonatos, arenisca, eclogita, esquistos y muchos más. El conjunto de clastos representa él (o los) sector(es) de origen. Solo el transporte destruye los componentes más débiles. Entonces la magnitud del transporte se manifiesta por el contenido de clastos. Propiedades de los clastos: Muy importante en la sedimentología es la descripción de los clastos. Las propiedades de los clastos reflejan una gran cantidad de la historia, del ambiente de la roca. Generalmente se observa el tamaño, redondez, clasificación (distribución), relación entre los clastos, tipos de clastos y la orientación. Tamaño 83 La clasificación de las sedimentitas clásticas se basa en el tamaño de los granos de sus componentes y refleja las condiciones de sedimentación. La grava de diámetro de grano > 2 mm o su equivalente solidificado, el conglomerado requiere corrientes fuertes como aquellos de ríos fluyentes con alta velocidad en las montañas o las altas orillas en una playa rocosa para su transporte. La arena de diámetro de grano = 2 - 0,02 mm o su equivalente solidificado, la arenisca puede ser transportada por vientos fuertes formando dunas o por corrientes moderados como aquellos de ríos o aquellos cercanos de la costa. El barro de diámetro de grano < 0,02 mm o su equivalente solidificado, la roca arcillosa indica áreas de sedimentación de aguas tranquilas. El área de sedimentación puede evidenciarse en las texturas superficiales de los granos como fracturas, hoyos y sectores superficiales suaves visibles por medio de un microscopio electrónico explorativo (scanning electron microscop). En grandes rasgos se distingue: Psefitas diámetro de grano > 2 mm Psamitas diámetro de grano = 2 - 0,02 mm Pelitas diámetro de grano < 0,02 mm. Psefita, psamita, pelita son los términos griegos para bloque, arena y barro. Las clasificaciones según Wentworth y DIN* 4022 son más detalladas: Redondez de los granos: La redondez de los clastos es representa la magnitud y el tipo del transporte. Un transporte gravitacional - coluvial corto (sin agua) produce clastos angulares. Con la entrada de los clastos al sistema fluvial empieza el desgaste y las partículas pierden su angularidad. Pero la rapidez para redondear los cantos depende de algunos 84 factores: Tamaño del clasto y petrología del clasto. Clastos pequeños generalmente demoran más tiempo para redondearse como clastos grandes. Clastos de cuarzo son más resistentes como clastos de caliza. Forma de los componentes: En el caso de as rocas sedimentarias clásticas se determina el grado de redondez de los componentes clásticos: redondeado, subredondeado, subangular, angular. En el caso de los componentes de las rocas sedimentarias químicas a partir de la forma de los componentes se puede distinguir los componentes ortoquímicos, que son cristales formados por precipitación en el lugar de la deposición y los componentes aloquímicos, que fueron transportados al lugar de la deposición de la roca como los intraclastos, los oolites, los fósiles y los pelets. Buena/mala clasificación: En el caso de las rocas clásticas se habla de muy bien, bien, moderadamente, mal o muy mal distribuidas ( KLEIN & HURLBUT). 85 La palabra "clasificación" se refiere a la variación a respeto del tamaño de los clastos. Una roca con clastos de un tamaño único se llama "muy bien clasificados". Una roca que contiene todos los tamaños de clastos es mal clasificada. La clasificación es un producto de las fuerzas del transporte. Fuerzas de energía poco variable producen una buena clasificación. Ejemplo: La fuerza del agua en el ambiente "río abajo". Relación de los clastos entre sí La relación de los clastos entre sí: Los clastos están juntos (se tocan) o los clastos flotan en la matriz. Clastos que están juntos se llama clast supported (soportadas por clastos), la textura de clastos que flotan completamente en la matriz se llama mud supported (soportadas por matriz). Los últimos están completamente rodeados por la matriz. Ejemplos: El ripio es clast suported como la mayoría de los depósitos fluviales. Depósitos del hielo morenas por ejemplo muestran una textura de mud suported. Precaución: Un conjunto de clastos redondos siempre tiene más de 30% espacio vacío. La superficie de la roca (el corte) no siempre coincide con el punto donde se tocan los clastos. Los clastos en rocas del tipo clast supported tal vez no aparecen juntos. Orientación de los componentes La alineación de cuerpos cónicos con sus ejes longitudinales paralelos puede indicar la dirección de la corriente de agua. La alineación se aprecia sobre todo con cuerpos cónicos o alargados en una dirección como por ej. con clastos alargados, caparazones de caracolas cónicas o restos vegetales alargados. Los movimientos del medio de transporte (agua, sedimento, aire, hielo) se transfieren a los cuerpos 86 incluidos en este medio o situados a la superficie de separación de este medio al otro. El movimiento dirigido del medio causa la alineación de los cuerpos. Tipos de clastos Rocas sedimentarias con solo un tipo de clastos (puro cuarzo por ejemplo) se llaman monomicto. Polimicto significa una variedad petrográfica de los clastos (conjunto de clastos diferentes como cuarzo, andesita, eclogita por ejemplo). Rocas sedimentarias monomictos se forman sí el sector de origen es muy homogéneo. La otra posibilidad es, que por selección solo se quedó un tipo como clasto (en la mayoría cuarzo). El contenido de clastos se puede usar en reconstruir (o determinar) el sector de origen. También se puede diferenciar diferentes tipos de conglomerados por su contenido en clastos. Al otro lado los clastos reflejan la historia del transporte. Trozos de rocas o minerales blandas no soportan grandes distancias en el transporte fluvial. La ausencia de minerales y rocas blandas entonces es un indicador de la distancia del transporte. Estratificación La estratificación surge por el depósito alternado de rocas de diferentes tamaños de grano, por ej. De areniscas de grano fino y de grano grueso o por el depósito alternado de sedimentos de diferente composición, por ej. de capas de hulla, de pizarra combustible y de sedimentos clásticos. La estratificación oblicua o cruzada puede formarse por ej. en los declives de aguas profundas de un delta, que se va introduciendo en el mar, en dunas, en sedimentos fluviales o en forma diminuta en ‘rippelmarcs’. Estratificación gradada; fining up (inglés): Disminución del tamaño de los granos de abajo hacia arriba (disminución de la energía durante el tiempo). El " fining up" es un tipo de estratificación frecuentemente observado. Origen: 1.Disminución de la energía del agua en un río. 2. A causa de una corriente de turbidez En ambientes con variaciones moderadas de energía (agua) es muy común. Ejemplos: Ríos con 87 influencia de estaciones (cambios de las cantidades de agua). Pero también en el mar por la acción de corrientes de turbidez. Estructuras sedimentarias · Bioturbación se refiere a una estructura irregular, que corta o perturba la estratificación y que se debe a la acción de organismos excavadores · Trazas de organismos conservadas en el sedimento, por ej. trazas de trilobites en un sedimento arcilloso cubierto por un sedimento de silt. · ‘Rippelmarcs’ o ondulaciones se forman cuando la superficie de los estratos depositados en un río o en las orillas de la costa reproduce las ondas de agua, que la cubren. En una sección por un ‘rippelmarc’ se ve una estratificación oblicua en escala mínima. Si la roca se parte a lo largo de la superficie originaria de los estratos se puede encontrar los ‘rippelmarcs’. · Grietas de resecamiento se forman, si la superficie de sedimentación se sitúa temporalmente por encima del agua y se las mantienen incluidas en la roca a causa del depósito rápido de una nueva capa de sedimentos. Clasificación por tipo de clastos del tamaño arena: menor de 2mm de diámetro (Arenisca-Arcosa-Grauvaca) 88 Clasificación por tipo de clastos para fragmentos entre 0,002mm hasta 2mm ("tamaño arena") Una roca clásica con predominancia de feldespato y cuarzo como clasto se llama Arcosa. Fragmentos de rocas y cuarzo como clastos forman una Grauvaca. La predominancia de granos de cuarzo es una Arenisca (de cuarzo). Precaución: La palabra arena tiene dos sentidos: 1º: se entiende como "tamaño de arena" por su diámetro. 2º: se entiende por su composición de granos de cuarzo del tamaño arena. véase: >>Arcosa / >>Grauvaca / >>Arenisca de cuarzo Texturas comunes de rocas clásticas (ejemplos): Brecha sedimentaria: Clastos angulares, bloques, mala clasificación, todos los tipos de clastos Ambientes: Aluviones, coluvial, cono aluvial, morenas MV: Foto de una brecha Conglomerado: Clastos subredondeados - redondeados, bloques y matriz, mala clasificación, todos tipos de clastos Ambientes: Río tipo braided, costa oceánica MV: Foto de un Conglomerado 89 Arenisca: Clastos redondos, mejor clasificación, tamaño arena gruesa o psamitica, predominancia de cuarzo como clasto Ambientes: Río, fluvial, playa, hemipelágico, dunas (eólica) MV: Foto de una Arenisca Arenisca: Clastos redondos, buena clasificación, tamaño de clastos Arena media, casi solo cuarzo como clastos MV: Foto de una Arenisca Rocas sedimentarias clásticas Rocas clásticas: Psefitas o rocas sedimentarias psefíticas Las rocas sedimentarias, que llevan más de 50% de componentes arrastrados de un diámetro mayor que 2mm se llama psefitas o rocas sedimentarias psefíticas. A estos pertenecen: a) los bloques y las gravas según Wentworth como sedimentos sueltos b) las brechas c) los conglomerados Los conglomerados se constituyen de una cantidad mayor de 50% de componentes de un diámetro mayor de 2mm. Los componentes o fragmentos son redondeados. Los tipos de los fragmentos pueden variar mucho según cual fuese la composición de la zona de erosión suministradora, por ej. conglomerados ricos en guijarros de cuarzo, conglomerados de componentes magmáticos y/o metamórficos, conglomerados de componentes de serpentinita o conglomerados de componentes de caliza. La masa básica amalgamadora igualmente puede variar, puede constituirse de componentes clásticos, pelíticos y arenosos (matriz) y de material de enlace carbonático o silícico (cemento) que es sustituido posteriormente por la roca al solidificares. Los componentes de los conglomerados son transportados por ríos y/o por el mar. Según la variación de los tipos de componentes se distingue: 90 1) conglomerados monomictos de un solo tipo de componentes por ej. de caliza, de serpentinita 2) conglomerados oligomictos de unos pocos tipos de componentes 3) conglomerados polimictos de varios tipos de componentes. Conglomerado: Clastos subredondeados, bloques y matriz, mala clasificación, todo tipo de clastos. Las brechas se distinguen de los conglomerados en la forma de los componentes de un diámetro mayor de 2mm. En las brechas los componentes son angulares a subangulares. Sus demás aspectos son iguales a los de los conglomerados. Teniendo en cuenta el aspecto genético se puede distinguir los tipos de brechas siguientes: 1) brechas sedimentarias 2) brechas piroclásticas, que pertenecen a las rocas piroclásticas y que se constituyen en gran parte de componentes piroclásticos. 3) brechas tectónicas, que se forman en zonas de fallas. Brecha sedimentaria: Clastos angulares, bloques, mala clasificación, todo tipo de clastos Psamitas o rocas sedimentarias psamíticas Las psamitas se constituyen esencialmente de componentes de diámetro desde 0,02 a 2mm. Las rocas psamíticas se clasifica según su contenido en cuarzo, feldespato y fragmentos de rocas/matriz arcillosa. Además se puede distinguir las psamitas bien clasificadas, que se constituyen en su mayoría de granos con diámetros cerca del diámetro de grano medio de la roca, (por ej. las arenas de dunas o de playas), y las psamitas mal clasificadas con un contenido alto en granos, cuyos diámetros varían altamente con respecto al diámetro de grano medio de la roca (por ej. una grauvaca). La forma de los granos también contiene informaciones acerca del 91 origen de la roca. Los granos de arena sufren abrasión, si se tocan entre sí mediante el transporte en los corrientes, se pierden sus canteras destacadas y su aspecto angular, y se vuelven redondos. Simultáneamente tienden a formas más esféricas. Los granos de estas características fueron transportados largas distancias. Los granos angulares de varias formas indican distancias de transporte cortas. Grauvaca La grauvaca de color gris hasta verde es una roca fuertemente compactada. La grauvaca contiene principalmente granos de diámetros entre 0,02 y 2mm. Se constituye de cantidades considerables de feldespato, fragmentos de cuarzo y fragmentos de roca de diferentes tipos como por ej. de vulcanitas básicas, de pizarra arcillosa o silícica o de filita. La matriz se forma por minerales arcillosos, de mica y de clorita. Los granos son mal redondeados. La grauvaca es una roca sedimentaria mal clasificada, es decir el tamaño de los granos de los distintos fragmentos puede ser muy variable, y la roca contiene una variedad grande de componentes minerales y rocosos. La mala clasificación de los tamaños de granos, su bajo grado de redondez y la variedad grande de sus componentes indican, que el camino de transporte de sus componentes clásticos es corto. El alto contenido en clorita, un filosilicato de Mg y Fe indica, que el campo de suministro y de erosión se compone principalmente de rocas intermedias a básicas, como por ej. de andesitas y basaltos. A partir de estas características muchas grauvacas se considera como sedimentación de corrientes de turbidez. Estas son mezclas de agua, limo, arena y arcilla, que se van deslizando desde los bordes continentales hacia las aguas profundas. Los corrientes de turbidez muy probablemente son iniciados por la actividad tectónica en el margen continental. Arcosa En principio la arcosa es una roca arenisca rica en feldespatos normalmente frescas, es una roca débilmente compactada, de color rojizo, rosáceo o gris. Su composición mineralógica es parecida a la de un granito Los granos son mal redondeados y de diámetro de 0,02 y 2mm. La roca se constituye de cuarzo, mas de 25% de los fragmentos de feldespato potásico de cantos vivos, de mica y de plagioclasa y en poca cantidad de matriz de grano fino y de cemento de cuarzo o de calcita. Los granos mal redondeados, la relativamente mala clasificación de los tamaños de granos y el contenido en fragmentos de rocas indican un camino de transporte corto de los componentes que constituyen la arcosa. Los feldespatos frescos son productos de la meteorización mecánica de la roca de partida, puesto que los feldespatos resisten poco a la meteorización química. La mayoría de las arcosas se forman a partir de rocas de composición granítica (magmatitas o gneises). En general los componentes de la arcosa fueron transportados brevemente por ríos. El color rojizo se debe a pieles delgadas de hematita alrededor de los granos y puede indicar una sedimentación continental. 92 Arenisca En las areniscas los tamaños granulares de sus componentes varían entre 0,02 y 2mm. La arenisca se constituye en mas de 75% de granos de cuarzo. Otros componentes son los feldespatos y la mica clara. El cemento puede constituirse de minerales arcillosos y de granos de cuarzo de diámetro de grano entre 0,002 - 0,063mm (limo) o de cuarzo de formación nueva o de calcita. El cemento se sitúa en los intersticios entre los granos de cuarzo uniéndolos. A menudo las areniscas contienen minerales pesados de d > 2,85 g/cm3 como por ej. circón, rutilo, turmalina, epidota, estaurolita, sillimanita, cianita, andalucita, apatito, granate, anfibol, piroxeno y olivino. El estudio del espectro de los minerales pesados puede resultar en la reconstrucción del área fuente de los componentes de la arenisca. Cuanto más larga es la distancia de transporte de los granos, cuanto más madura es la arenisca. El predominio de cuarzo en las areniscas puede reflejar la composición de la roca de partida erosionada y la resistencia alta del cuarzo con respecto a la erosión (+ estable - cuarzo - chert - , mica clara - feldespato potásico - biotita - plagioclasa rica en Ab - hornblenda augita - plagioclasa rica en An - olivino - inestable+). Arenisca: Clastos redondos, muy buena clasificación, tamaño arena gruesa o psamitica, predominancia de cuarzo como clasto. Arenisca: Clastos redondos, buena clasificación, tamaño de clastos Arena media, casi solo cuarzo como clastos Rocas de limo o de silt Piedra de silt / roca de silt Roca de silt se constituye de partículas clásticas con tamaño de granos entre 0,002 y 0,063mm. A estas partículas se llama silt o limo. Las piedras de silt ocupan una posición intermedia entre las rocas areniscas de grano más grueso y las rocas arcillosas de grano más fino. En general la piedra de silt se incorpora al grupo de las rocas arcillosas. Componentes principales de la roca de silt son por ej. minerales arcillosos y cuarzo. 93 Otros componentes adicionales, que pueden ser de significado local son micas, zeolitas, calcita, dolomita y yeso. Las rocas de silt son de color amarillo pálido, café, anaranjado, amarillento, gris o verdoso. Son estratificadas. Su formación es similar a la de las areniscas. Además, los granos de este tamaño (0,002 a 0,063mm) pueden ser transportados por el viento. Granos de tamaño mayor son demasiado pesados para el transporte por el viento y los granos de tamaño menor, las pelitas generalmente no son transportados por el viento a causa de sus propiedades desfavorables para poder volar como su forma de laminitas y de plaquitas de su propiedad electrostática, y de su alta cohesión en una roca. Loess Loess es un sedimento clástico no compactado (compactado = loessita) que se compone principalmente de granos de limo 0,002mm a 0,063mm) y preponderamente de granos de diámetros entre 0,02 y 0,05mm. Componente principal es cuarzo acompañado por feldespato, calcita y mica. El teñido típico café hasta amarillo se debe a los hidratos de óxido de hierro (limonita por ej.). El loess es un producto del soplo del viento en las áreas con depósitos glaciáricos, que se forman después del retiro del glaciar. Pelitas o rocas sedimentarias pelíticas o rocas arcillosas Las rocas sedimentarias pelíticas se constituyen principalmente de granos de tamaño menor de 0,002mm. Las rocas arcillosas ocupan el 45-55% de todas las rocas sedimentarias. Pueden formarse prácticamente en cualquier zona de sedimentación, en ríos, lagos, deltas grandes y océanos (en las pendientes continentales y las fosas oceánicas). Lutita (Tonstein) Lutita se constituye de granos de tamaños menores de 0,002mm (barro). Principalmente se compone de minerales arcillosos (grupo de la caolinita, grupo de la montmorillonita, illita), que se forman en el campo sedimentario (de neoformación) y de restos de cuarzo, feldespato y mica. Componentes adicionales son hematita, limonita, calcita, dolomita, yeso y los sulfuros. Son de colores muy variables: gris, verde, rojo, café, negra. Las variedades negras son particularmente ricas en sustancias orgánicas. La lutita es una roca masiva, terrosa, normalmente bien compactada, a menudo porta fósiles, p.ej. foraminíferos, ostrácodos, graptolitos y trilobitos. Muchas lutitas muestran bioturbación es decir una estructura sedimentaria irregular producida por la acción de organismos excavadores al fondo del mar. Arcilla esquistosa La arcilla esquistosa es una roca arcillosa con textura de planchas finas, que se remite a la regulación de los minerales arcillosos formados como láminas o agujas. La regulación de los minerales arcillosos casi siempre es paralela a la estratificación 94 sedimentaria. Muy probablemente esta regulación de los minerales arcillosos durante su formación es un producto de una sucesión de sobrecargas, cuando la roca está enterrada bajo una carga de sedimentos que aumenta continuamente. El esquisto arcilloso muestra esquistosidad producida por el metamorfismo y a menudo esta esquistosidad metamórfica de formación nueva corta la estratificación sedimentaria en cualquier ángulo. Arcilla varvada Se forma debida a una sedimentación arcillosa estratificada rítmicamente, procedente de los grandes lagos durante las eras glaciares. Marga La marga se compone de arcillas y carbonatos. Según las relaciones cuantitativas se distingue marga arcillosa, marga y marga calcárea. Normalmente el carbonato es presentado por calcita, a veces por dolomita. Componentes adicionales pueden ser cuarzo, mica y compuestos carbonosos. La marga frecuentemente lleva nódulos de yeso, calcita y pirita, es de color gris claro hasta oscuro, café o verdoso, frecuentemente contiene microfósiles y restos de hojas. El tamaño de los granos es igual al de la arcilla (< 0,02mm). Estratificación es difícil de reconocer, pero la marga muestra una exfoliación buena. Se forma en agua dulce, en el mar. Las morrenas de fondo se constituyen de una roca cálcica y arcillosa molida y mezclada por las actividades del hielo y de los glaciares. Metamorfismo Definición "metamorfosis": Cambio de las rocas por la acción de temperatura y/o presión. En el momento rocas sedimentarias, ígneas o metamórficas sufren temperaturas mayores de 200°C y/o presiones altas se transforman a rocas metamórficas: >cambio de la textura >cambio de los minerales 95 Introducción Rocas metamórficas son productos del metamorfismo o es decir de la transformación de una roca por recristalización y por cristalización de nuevos minerales estables bajo las condiciones metamórficas manteniendo el estado sólido. La transformación es causada por un aumento de la temperatura y/o por deformación (deformación puede producir calor de fricción). Meteorización y diagénesis o es decir la solidificación de una roca sedimentaria no pertenece al metamorfismo. Generalmente los procesos metamórficos actúan en profundidades relativamente altas con respecto a la superficie. Casos especiales del metamorfismo con respecto a su posición son el metamorfismo por ondas de choque (catáclasis) causadas por el choque de grandes meteoritos con la superficie terrestre y el efecto calorífico de una corriente de lava a la roca encajante. Grado metamórfico, zonas metamórficas y facies metamórficas son los conceptos básicos y comunes para describir y clasificar los procesos metamórficos. El grado metamórfico se refiere a la intensidad del metamorfismo, que ha influido en una roca. Generalmente el grado metamórfico nombra la temperatura o la presión máxima del metamorfismo. Las zonas metamórficas se distinguen en base de un mineral determinado o de un grupo de minerales. Por ej. la zona de granate se caracteriza por la apariencia de granate y la zona de sillimanita se caracteriza por la apariencia de sillimanita. Las facies metamórficas se distinguen a través de grupos de minerales, que se observan en rocas de composición basáltica. Las zonas y facies metamórficas se determinan a través de la identificación de los grupos de minerales formados simultáneamente. La composición de algunos minerales metamórficos, que se puede analizar por una microsonda, y la textura pueden indicar las condiciones de temperatura y presión características para el grado metamórfico. 96 El grado metamórfico (por ej. los grados metamórficos según WINKLER) nombra las condiciones de temperatura y presión máximas, que han influidas en la roca. Pero metamorfismo no es estático, más bien es caracterizado por condiciones de temperatura, presión y estress (esfuerzo elástico) cambiándose. La historia de las condiciones de temperatura y presión, que han actuado en la roca durante un evento metamórfico, se llama en ingles 'metamorphic p-T-path'. Este puede indicar varios parámetros como las fuentes de calor, que causan las variaciones de temperatura, la posición estructural local de la roca y el gradiente del transporte tectónico. Los factores, que contribuyen al metamorfismo Los factores principales son las variaciones en la temperatura y en la presión, el esfuerzo elástico (de compresión, ‘deviatoric stress’) y la migración de los fluidos. Estos factores son factores externos y pueden efectuar cambios en la mineralogía, en el quimismo de los minerales y en el quimismo total de la roca. Un otro factor importante es el quimismo total de la roca. Puesto que la misma combinación de factores externos causará distintos cambios en rocas de diferente composición química. La temperatura es el factor más importante en procesos metamórficos, puesto que la mayoría de las reacciones metamórficas se debe a variaciones de la temperatura. Las variaciones de temperatura hacen necesario un aporte calorífero a la roca. La fuente calorífera puede ser un cuerpo intrusivo cercano, un arco magmático relacionado con una zona de subducción o una fuente calorífera regional profunda como el calor derivado del manto por ejemplo. Además la descomposición radioactiva de elementos influye la estructura térmica de la Tierra. La presión de carga es el segundo factor importante, es causado por la masa de las rocas sobreyacentes y depende de la profundidad y de la densidad de las rocas sobreyacentes. Por ejemplo una pila rocosa de 1km de potencia de - granito ejerce una presión de carga de 264bar, - basalto ejerce una presión de carga de 294bar, - peridotita (ultramáfica, de olivino, típica para el manto superior) ejerce una presión de carga de 323bar, - agua ejerce una presión de carga de 98bar. El desarrollo de la temperatura y presión (factores p-t) Metamorfismo progrado. Si una roca de partida es llevada desde condiciones inferiores de ºT y p típicas para su formación a condiciones elevadas de ºT y p típicas para el metamorfismo, se habla de un metamorfismo progrado. El metamorfismo progrado está acompañado por la liberación de los constituyentes volátiles de la roca como de H2O, CO2, O2 y S expresándose en reacciones de dehidratación y decarbonatización. Por ej. el metamorfismo de un basalto formado en la superficie terrestre, que mediante de la formación de la cordillera haya sido transportado a grandes profundidades terrestres. A partir de 12km de profundidad y a T = 300°C se transforma en una pizarra verde y con un descenso mayor hasta más de 35km de profundidad se convierte en 97 una eclogita, que se compone principalmente de omfacita (piroxeno mixto de jadeita y augita) y granate. Metamorfismo retrogrado Si una roca de partida es llevada desde condiciones superiores de T y p típicas para su formación a condiciones metamórficas inferiores de T y p, se habla de un metamorfismo retrogrado. Por ej. la transformación de una peridotita de olivino y piroxeno formada en el manto superior bajo condiciones de formación elevadas en una serpentinita principalmente de diferentes minerales del grupo de la serpentina como el crisolito y la antigorita, cuya temperatura de formación es limitada a T = 500 a 600°C por la descomposición térmica de la serpentina. Metamorphic p-T-path El grado metamórfico (por ej. los grados metamórficos según WINKLER) nombra las condiciones de temperatura y presión máximas, que han influidas en la roca. Pero metamorfismo no es estático, más bien es caracterizado por condiciones de temperatura, presión y estrés (esfuerzo elástico) cambiándose. La historia de las condiciones de temperatura y presión, que han actuado en la roca durante un evento metamórfico, se llama en ingles ‘metamorphic p-Tpath’. Este puede indicar varios parámetros como las fuentes de calor, que causan las variaciones de temperatura, la posición estructural local de la roca y el gradiente del transporte tectónico. La fuerza elástica (esfuerzo elástico o ‘deviatoric stress’) se refiere al componente de presión dirigido, que no es del mismo valor en todas las direcciones. Normalmente el esfuerzo elástico tiene valores pequeños de 5-10bar hasta 100bar. El esfuerzo elástico puede deformar la roca, en que actúa: puede alinear los minerales, formar la foliación o la esquistosidad de la roca metamórfica o causar rotaciones de minerales. Por consiguiente el esfuerzo elástico produce las texturas dirigidas (‘fabric’) de una roca metamórfica como de un esquisto, de un gneis o de una milonita. Además los fluidos, que pasan por la roca, la presión, que ejercen estos fluidos y la interacción de los fluidos con los minerales o con la roca son factores importantes. El quimismo total o la composición química de la roca expresado por los contenidos en óxidos de elementos también es de importancia. Puesto que en rocas de diferente composición química cristalizarán distintos minerales metamórficos bajo las mismas condiciones de temperatura y presión. Por ejemplo con una temperatura T = 550°C y una presión p = 5 kbar (+/- 15km de profundidad) una roca arcillosa se convertirá en un esquisto micáceo, mientras que una caliza se convertirá en un mármol. La cuarcita compuesta de SiO2 puro puede derivarse de una arenisca de puro cuarzo, como puede encontrárselo en la playa o puede derivársela de un sílex, lo que es una roca sedimentaria de precipitación de sílice. Los esquistos de cuarzo y feldespato o el gneis se componen principalmente de SiO2 - Al2O3 - CaO - K2O - Na2O - H2O. La roca de partida puede ser una arenisca con feldespato, una arcosa, una grauvaca o una roca magmática ácida, es decir de composición granítica o granodiorítica. 98 Las pelitas son de composición SiO2 - Al2O3 - FeO - MgO - K2O - Na2O - H2O. A grado metamórfico medio se convierten en esquistos micáceos, a grado metamórfico alto se convierten en gneises. En pelitas calcáreas y en margas cristalizan minerales metamórficos ricos en calcio como coisita, lawsonita y margarita. 1.2 Límites del metamorfismo Él limite inferior del metamorfismo o es decir él limite entre diagénesis y el metamorfismo (de soterramiento) se pone a T = 200°C. Los cambios mineralógicos y de textura en una roca, que ocurren a T<200°C se incorporan a la diagénesis. Según una otra definición del limite inferior se consideran la reacción ‘caolinita + cuarzo --> pirofilita’ como significativa para distinguir entre diagénesis y metamorfismo. Tampoco para él limite superior existe una sola definición. En este caso se consideran la temperatura, que corresponde al inicio de la fundición de una roca como determinante para él limite superior del metamorfismo. La temperatura de fundición de una roca depende entre otros factores de su composición. Un granito empieza a fundirse a T = 625-650°C, mientras que un basalto se funde inicialmente a T = 850-900°C con p = 2-3kbar. Como limite superior se podría elegir la temperatura máxima de T = 900-1000°C. Tipos del metamorfismo Tipos de metamorfismo Conceptos básicos de clasificación Grado metamórfico, zonas metamórficas y facies metamórficas son los conceptos básicos y comunes para describir y clasificar los procesos metamórficos. El concepto del grado metamórfico fue introducido por WINKLER, H.G.F. y desarrollado a partir de magmatitas básicas (basaltos). El grado metamórfico se 99 refiere a la intensidad del metamorfismo, que ha influido en una roca. Generalmente el grado metamórfico nombra la temperatura o la presión máxima del metamorfismo. Las zonas metamórficas se distinguen en base de un mineral determinado o de un grupo de minerales. Por ej. la zona de granate se caracteriza por la apariencia de granate y la zona de sillimanita se caracteriza por la apariencia de sillimanita, (véase la fig) de las zonas metamórficas desarrolladas alrededor del plutón Fanad, Irlanda. El concepto de las facies metamórficas fue introducido por ESKOLA, Pentii (geólogo de Finlandia) en 1920. Las facies metamórficas se distinguen a través de grupos de minerales, que se observan en rocas de composición basáltica, (véase la fig. en de las facies). Las zonas y facies metamórficas se determinan a través de la identificación de los grupos de minerales formados simultáneamente. La composición de algunos minerales metamórficos, que se puede analizar por una microsonda, y la textura pueden indicar las condiciones de temperatura y presión características para el grado metamórfico, por ejemplo la apariencia simultánea de ortopiroxeno y granate indica condiciones de T y p elevadas. Hay varios esquemas para distinguir diferentes tipos de metamorfismo: Basándose en los parámetros metamórficos principales se distinguen los metamorfismos térmico, dinámico y termo-dinámico. Con respecto a la posición geológica del metamorfismo se diferencian entre metamorfismo de contacto, catáclasis y metamorfismo regional. Según su posición con respecto al orogeno se hace una distinción entre los metamorfismos orogénico y anorogénico. Con base en su posición tectónica se distinguen el metamorfismo, que se sitúa en un borde de una placa o el metamorfismo, que se ubica a dentro de una placa. Clasificación, que se basa en los parámetros metamórficos principales Temperatura y presión son los factores principales, que afectan el metamorfismo. Según estos factores se distinguen: (1) Para el metamorfismo térmico la temperatura es el factor predominante, por ej. metamorfismo de contacto. (2) Para el metamorfismo dinámico la presión es el factor predominante, puede tratarse de la presión litostática, que se debe al peso de las rocas superiores o a la carga sobreyacente o del esfuerzo elástico (estress) por ej. catáclasis o es decir rotura mecánica de una roca por metamorfismo dinámico, que se produce localmente en zonas de fallas. El metamorfismo por soterramiento (o hundimiento) resulta de una carga sobreyacente en un ambiente relativamente estático. (3) El metamorfismo termo-dinámico se basa en efectos térmicos y de presión. En general los efectos de presión se constituyen de la presión litostática y del esfuerzo elástico. Generalmente el metamorfismo termo-dinámico ocurre en cinturones orogénicos a lo largo de los bordes de placas convergentes. Clasificación, que se basa en la posición geológica Se distinguen 4 tipos generales: 100 A) El metamorfismo de contacto: ocurre en la vecindad de un intrusivo ígneo y resulta de efectos térmicos y de vez en cuando metasomáticos del magma caliente. En el caso clásico un cuerpo ígneo intrusiona una serie sedimentaria o ya metamórfica produciendo una aureola de contacto. La distancia y el gradiente de la temperatura (variación de la temperatura con respecto a la distancia de la fuente calorífera = cuerpo ígneo) dependen (1) de la dimensión del cuerpo intrusivo y (2) de la diferencia de temperatura entre el cuerpo intrusivo y las rocas encajantes. Por ej. un dique de 10m de potencia enfría en unos diez años y produce un efecto de contacto pequeño, mientras que un batolito grande enfría en unos 10 millones de años y produce una aureola de contacto extensiva. El metamorfismo de contacto es caracterizado por una distribución de los grupos de minerales formados simultáneamente concéntrica con respecto al cuerpo intrusivo y por un aumento de la intensidad de recristalización y del grado metamórfico dirigido hacia al cuerpo intrusivo. Al cristalizar el magma acumula los componentes volátiles. La ultima fase de cristalización a menudo es acompañado por la separación de una fase rica en componentes volátiles, que puede salir del cuerpo intrusivo y infiltrar las rocas encajantes a lo largo de fracturas o a lo largo de los bordes de granos. Por ej. en el caso de infiltración y metasomatismo de una roca encajante de caliza se produce un 'skarn', que es caracterizado por una mineralogía de silicatos de calcio formada por la introducción de componentes como SiO2, Al2O3 y H2O al cuerpo intrusivo a la caliza. Metamorfismo de contacto ocurre en varios ambientes tectónicos, en ambientes orogénicos y anorogénicos, en el interior de una placa tectónica o en los bordes de placas tectónicas. Las aureolas de contacto bien desarrolladas se forman en ambientes anorogénicos o en el interior de placas tectónicas, donde batolitos graníticos intrusionan rocas sedimentarias, ejemplos claros para la distribución concéntrica por zonas de los grupos de minerales metamórficos formados simultáneamente se ubican en los niveles medios y someros de la corteza terrestre, donde puede desarrollarse un gradiente de temperatura marcado. 101 Existen tres tipos principales de metamorfismo a respeto de temperatura y presión: Metamorfismo de contacto: Presión baja Metamorfismo regional: Temperatura mediana, presión mediana Metamorfismo de subducción: Alta presión con temperaturas relativamente bajas B) El metamorfismo de contacto regional ocurre en los cinturones orogénicos activos. En los cinturones orogénicos activos las aureolas de contacto de numerosos cuerpos intrusivos, que se ubican en distancias cortas entre sí y que se forman en un corto intervalo de tiempo, se solapan. De esta manera la temperatura de la región entera sube por el aporte (advección = Zufuhr) de calor en la corteza terrestre debido al magma. C) El metamorfismo por ondas de choque es caracterizado por condiciones de temperatura y presión extremadamente altas (por ej. p = unos 10 a 100 kbar) y es producido por ondas de choques por un impacto de meteoritos. En la superficie terrestre se observan los efectos del metamorfismo de ondas de choque alrededor de los cráteres de impacto. En la superficie lunar el metamorfismo de ondas de choque es un fenómeno más común. En parte el metamorfismo de ondas de choque produce formas de cuarzo de alta presión como coesita y stishovita y estructuras de deformación típicas como 'shatter cones' o es decir fracturas cónicas en las rocas. D) La catáclasis ('high strain metamorphism') es caracterizado por la deformación de la roca sin influencia grande de efectos térmicos. Catáclasis se produce, cuando los esfuerzos deformadores sobrepasan la capacidad de la roca de deformarse plásticamente. Los parámetros más importantes de la catáclasis son el esfuerzo elástico (=deviatoric stress), el 'strain rate' y la temperatura. La denominación común para una roca cataclástica es la milonita. La catáclasis se produce en las zonas de 102 fallas y de cizallamiento en el nivel superior de la corteza terrestre, que se sitúan principalmente en las zonas orogénicas y en los bordes de placas tectónicas. E) Se distinguen tres tipos del metamorfismo regional (1) el metamorfismo por soterramiento (2) el metamorfismo típico para los lomos oceánicos (3) el metamorfismo orogénico. · El metamorfismo por soterramiento (1) ocurre en las cuencas sedimentarias en consecuencia de la solidificación de los sedimentos debido al soterramiento por los sedimentos sobreyacentes. La temperatura y la presión contribuyen al metamorfismo, la temperatura, puesto que la temperatura sube con la profundidad. Las rocas correspondientes son caracterizados por temperaturas de recristalización bajas y por la ausencia de deformaciones. La transición entre la diagénesis y el metamorfismo por soterramiento es continua. El metamorfismo de soterramiento es anorogénico y ocurre en la mayoría de las cuencas sedimentarias de los océanos y en las grandes cuencas sedimentarias en el interior de placas tectónicas, actualmente por ej. en el Golfo de México. · El metamorfismo de los lomos oceánicos (2) se ubica en los bordes de placas tectónicas divergentes. A lo largo de los lomos oceánicos continuamente se produce corteza oceánica de composición basáltica. Los basaltos oceánicos son acompañados con pizarras verdes y anfibolitas, las cuales son los equivalentes metamórficos de los basaltos. Al metamorfismo de los lomos oceánicos contribuyen el flujo de calor alto y la circulación de los fluidos como parámetros típicos. · El metamorfismo orogénico o metamorfismo regional (3) es típico para los cinturones orogénicos y es muy común en los arcos oceánicos y en los continentes. Se sitúa en los bordes de placas tectónicas convergentes como en el borde entre una placa oceánica y un arco oceánico, en el borde entre placas oceánica y continental o en el borde entre dos placas continentales. Los factores importantes del metamorfismo regional son las perturbaciones tectónicas, las variaciones de presión y los esfuerzos elásticos ('deviatoric stress'). Debido a los varios tipos de bordes de placas tectónicas convergentes las características del metamorfismo correspondiente difieren de un cinturón orogénico al otro. Según la clasificación, que se basa en la posición de las placas tectónicas se distinguen: (1) El interior de las placas tectónicas, donde pueden ocurrir los metamorfismos de contacto, de soterramiento y regional. (2) Los bordes de placas divergentes, donde pueden ocurrir los metamorfismos de los lomos oceánicos y de contacto. (3) Los bordes de placas caracterizados por un movimiento transformativo, donde pueden ocurrir la catáclasis y posiblemente el metamorfismo de los lomos oceánicos. (4) Los bordes de placas convergentes, donde pueden ocurrir los metamorfismos orogénico, dinamo-térmico, regional, de contacto regional y la catáclasis. 3. Facies metamórficas 103 Las facies metamórficas se entiende mejor en los diagramas de temperatura y presión. Bajo 200º C se encuentra la diagénesis o este sector no está realizado en la naturaleza. Texturas de rocas metamórficas Las rocas metamórficas son rocas cristalinas, es decir las rocas metamórficas se constituyen exclusivamente de cristales, a veces llamados cristaloblastos. A los cristales de diámetro de grano sobresaliente con respecto al diámetro de grano de los demás cristales se les llama porfiroblastos. Textura granoblástica Todos los cristales son aproximadamente del mismo diámetro de grano, por ej. ortogneis de feldespato alcalino, cuarzo y biotita. Textura lepidoblástica La textura lepidoblástica es típica para rocas con un alto contenido en filosilicatos como las micas o la clorita por ej. Los filosilicatos y los demás cristales de la roca pueden ser alineados paralelamente, por ej. mica, cuarzo y feldespato de una micacita o los filosilicatos pueden formar estructuras radiales como por ej. estilpnomelano en una micacita (en este caso el estilpnomelano creció después la deformación de la micacita). 104 Textura nematoblástica La roca metamórfica es caracterizada por la presencia de cristales columnares prismáticos, por ej. por anfíboles prismáticos en un esquisto de antigorita o por sillimanitas prismáticas en un gneis. Textura fibroblástica La roca es caracterizada por la presencia de cristales fibrosos, por ej. de sillimanitas fibrosas de un gneis. Textura poiquiloblástica La textura poiquiloblástica es caracterizada por minerales metamórficos, que incluyen numerosos minerales más pequeños o relictos minerales. Se debe al crecimiento nuevo de minerales metamórficos alrededor de numerosos relictos de minerales originarios, por ej. ortoclasas, que incluyen minerales diminutos de plagioclasa, cuarzo y biotita de un gneis. Rocas típicas del metamorfismo regional Prehnita y Pumpellita Rocas de prehnita y pumpellita, que se forman bajo el grado metamórfico bajo de WINKLER. Prehnita Ca2Al[(OH)2/AlSi3O10] y pumpellita Ca2[(Mg,Fe2+)Al2(OH)2/SiO4/Si2O7] ´ H2O. Las rocas de partida son plutonitas y vulcanitas básicas y grauvacas ricas en material piroclástico. Pizarras Pizarras verdes son típicas para el grado metamórfico bajo según WINKLER, son principalmente de albita, clorita, epidota y actinolita. Las rocas de partida son plutonitas y vulcanitas básicas, sobre todo gabros y basaltos. Esquistos micáceos son típicos para el grado metamórfico bajo a medio según WINKLER, son principalmente de cuarzo, mica clara y biotita. Las rocas de partida son pelitas, sedimentos arcillosos. Gneis Gneis es típico para el grado metamórfico medio a alto según WINKLER, se constituye principalmente de feldespatos, cuarzo, micas clara y oscura. Rocas de partida son las magmatitas ácidas o intermedias, es decir de composición granítica o granodiorítica como granitos, granodioritas y arcosas por ej. Paragneis se denomina un gneis derivado de sedimentos clásticos, ortogneis se denomina un gneis derivado de magmatitas ácidas a intermedias. 105 Anfibolita Anfibolita es del grado metamórfico medio a alto según WINKLER y se constituye principalmente de anfibol. Las rocas de partida son plutonitas y vulcanitas básicas, sobre todo los gabros y los basaltos. Granulita de grado metamórfico alto según WINKLER, de rocas de partida ácidas. Migmatita se forma por anatexia parcial o es decir por la fundición parcial, por consiguiente sobrepasa él limite superior del metamorfismo. Rocas cataclásticas Las rocas cataclásticas se caracterizan por una disminuición de los tamaños de grano de los eductos por rotura mecánica. La brecha de falla es una roca no cohesiva, que se constituye en más de 30% de fragmentos de rocas visibles distribuidas irregularmente. La pseudotachilita es una roca no cohesiva, que se constituye de componentes vítreas distribuidas irregularmente. La milonita es una roca cohesiva, que se compone en 50 - 90% de matriz de granos recristalizados y de formación nueva y que es foliada (muestra de mano) La milonita del Cerro Imán es una roca cataclástica. Por deformación plástica se movilizan los cuarzos y de los feldespatos de tal manera, que los ejes de los cuarzos y de los feldespatos se alinean paralelamente y forman un bandeamiento junto con los filosilicatos. Deriva Continental Introducción Desde 1912 existe la teoría de deriva continental (ALFRED WEGENER), pero no fui aceptada en esta época. En los años ´60 nuevas investigaciones del fondo del mar y de regiones montañosas como los Andes permitieron la postulación de una nueva teoría global geotectónica. Con la teoría nueva de la tectónica de placas desaparecieron las teorías antiguas como de los geosinclinales o la expansión o contracción de la tierra. La teoría de deriva continental contiene varios puntos nuevos: 1. Los continentes no son estables, se mueven. 2. Existen dos tipos de corteza: corteza continental y corteza oceánica. 3. La fuerza para mover los continentes viene de flujos de convección y de la rotación de la tierra. 4. En los lomos (cordilleras) centrales oceánicas se forma corteza oceánica nueva. 5. En algunos partes del mundo las placas se choquen y ese puede producir la formación de montañas. 6. La placa oceánica como corteza de mayor densidad algunas veces se 106 hunde abajo de la placa continental (= subducción). 7. Algunas veces un continente se separa, para formar dos continentes (ejemplo: África y América del sur) 8. La configuración de los continentes estaba en los tiempos pasados totalmente diferente: como un continente grande de Antártica-América de sur-Australia- África-India ( = GONDWANA). 9. Las rocas del fondo marino son relativamente jóvenes (no más como jurásico). Las rocas más antiguas se encuentran en los continentes. La teoría de la deriva continental está cambiando varias especialidades de la geología. El movimiento de los continentes provoca algunos cambios en la vista científica de algunas áreas: Las corrientes del mar y el clima global dependen de la configuración de los continentes. La evolución y el desarrollo de la vida dependen de la separación de los continentes. Los modelos geológicos de la geología estructural, de la formación de montañas, de la formación de depósitos minerales y de la sismología no funcionan con la deriva continental. Los modelos geotectónicos antiguos Expansión de la tierra Una idea muy temprana para explicar los contornos parecidos de los continentes se manifestó en la teoría de la expansión. Idea principal era que la tierra se expandió, la corteza continental se rompió y los océanos ocuparon el espacio entre los continentes. Problema: El enfriamiento del globo terrestre físicamente no permite una expansión, en contrario una contracción será más probable. La teoría no puede explicar fuerzas compresionales en la corteza terrestre 107 Contracción de la tierra: La teoría de la contracción tomó en cuenta que los materiales en enfriamiento disminuyen su volumen. Pero para explicar las fuerzas tectónicas en la corteza terrestre la magnitud no es suficiente. Además no era posible para explicar fuerzas expansivas de grandes dimensiones como grabenes. Hoy sabemos que la tierra está en contracción pero con un valor mucho menor como antes pensado, y no alcance las magnitudes para jugar un papel importante en la generación de fuerzas tectónicas. 108 Teoría de geosinclinales La teoría de los geosinclinales existió entre 1873 hasta 1960. J. DANA, el fundador de esta teoría explico la formación de montañas por procesos largos y no como otros científicos de esta época con procesos catastróficos. La teoría de geosinclinales trató para explicar la formación de montañas en una forma por fuerzas verticales. En cuencas (geosinclinales) se acumularon grandes cantidades de sedimentos, las cuencas por el peso se hunden hasta una contra – fuerza levanta todo el material acumulado a montañas (como un colchón de resortes que expulsa un peso). Esta teoría funcionó bastante bien en las montañas que marcan una simetría hasta ambos lados. Las dificultades principales de esta teoría son: a) Muchas montañas no son simétricas (por ejemplo los Andes) como postula la teoría. b) La parecida biofacies jurásica y cretácica de África, América de Sur, Australia, la India y Antártica la teoría de geosinclinales explicó con conexiones (“puentes”) continentales. Geográficamente (y geológicamente) es muy difícil explicar al fondo marino una elevación que conecta La India - África - América del sur, sin conectar Asia y América de Norte. c) El fondo marino es geológicamente completamente diferente como un continente. Será muy difícil explicar como los geosinclinales se cambian de una cuenca marina a una parte de la corteza continental Hoy existe evidencia que los continentes se mueven horizontalmente, se sabe que el fondo marino es generalmente más joven como un continente, y que las regiones cerca del lomo central oceánico es más joven como los sectores más lejanos. La subducción hoy es un fenómeno conocido y explicable. Las investigaciones del fondo marino de los años sesenta llegaron a la conclusión que la teoría más favorable sería la deriva continental del año 1912. Entonces a partir de los años sesenta la mayoría de los científicos aceptó la nueva teoría. 109 Mapa geotectónico del mundo: El mapa geotectónico del mundo muestra la distribución actual de los continentes y su configuración a respeto de los fenómenos más importantes de la deriva continental. Las placas continentales principales son América de sur, América de Norte, África, Australia, Antártica y Europa-Asia-India. Las placas oceánicas más importantes son la placa Nazca, placa Cocos y placa pacífica. Además se puede observar las regiones donde actualmente existe subducción (Chile, Perú, Marianas, Aleutas y Tonga. Los lomos centrales oceánicas, donde se forma actualmente la corteza oceánica se conocen en el centro del Atlántico, pacifico y indico. Los choques entre continentes más recientes son África-Europa y la India –Asia. También Europa chocó con Asia (Montañas Ural en Rusia) pero en tiempos más antiguos. 110 111 Movimiento de los continentes 112