Ángel Carmelo Prieto Colorado MASTER DE

MASTER DE PROFESOR DE EDUCACIÓN SECUNDARIA
OBLIGATORIA Y BACHILLERATO, FORMACIÓN
PROFESIONAL Y ENSEÑANZAS DE IDIOMAS
Ángel Carmelo Prieto Colorado
Física de la Materia Condensada, Cristalografía y Mineralogía
Facultad de Ciencias
Universidad de Valladolid
Complementos de Geología
Tema 4. Materiales y procesos geológicos
Definición, estructura y propiedades de la materia
cristalina
Descriptiva y clasificación de mineral
Texturas y clasificación de las rocas
Magmatismo: rocas igneas
Sedimentación: rocas sedimentarias
Metamorfismo: rocas metamórficas
Clasificación e información que aportan los
fósiles
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Metamorfismo: rocas metamórficas
Debido a la actividad tectónica de la litosfera
terrestre, las rocas ígneas y sedimentarias formadas en
am b i e nt e s d e t e r m i n ad o s y baj o co n d i c i o n e s
ambientales precisas, pueden ser sometidas a nuevas
condiciones (esencialmente de presión y temperatura
diferentes a las de su formación original (protolito),
excluyendo los procesos diagenéticos propios de rocas
sedimentarias.
Bajo las nuevas condiciones, y frecuentemente bajo la
acción de esfuerzos tectónicos (ligados, por ejemplo, a
la formación de cadenas montañosas), las rocas
preexistentes se transforman textural, estructural y
mineralógicamente en estado sólido, dando lugar a
las rocas metamórficas.
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Situación de las rocas Metamórficas en el Ciclo
Geológico de las rocas.
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Su característica fundamental es el presentar textura
blástica (recristalización en estado sólido), y en los
ca s o s d e h a b er s uf r i d o d efo r m ac i ó n, f á b r i ca s
anisótropas.
Sus características petrográficas son especialmente
complicadas, dados los procesos de transformación en
e s t ad o s ó l i d o q u e h a n s uf r i d o, g e n e r alm e nt e
acompañados de intensa deformación.
Las condiciones metamórficas de P y T pueden ser
m u y var i ad a s, p o r t a nto, r o ca s d e l a m i s m a
composición presentan minerales y texturas distintas
en función de la intensidad de las condiciones
metamórficas o grado metamórfico.
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Condiciones P-T-profundidad del Metamorfismo
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Se diferencian así rocas de metamorfismo de grado:
muy bajo: de 100 a 200-250 °C
bajo: de 200-250 a 400-450 °C°C
medio: de 400-450 a 600-650 °C
alto: más de 600-650 °C
La intensidad de las cond iciones metamórficas
también se describe mediante el concepto de facies
metamórfica, que alude al conjunto de rocas formadas
en unos rangos de condiciones de P-T dados, que
toman como referencia las condiciones de formación
de las rocas de composición basáltica y se desarrollan
diagnósticos de asociaciones minerales para unas
condiciones de P-T, concretas.
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Variabilidad de las condiciones Metamórficas
El origen de la variabilidad de las condiciones
metamórficas radica en la Tectónica de Placas y en la
distorsión de la geoterma terrestre estable.
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Cuando una cuenca de sedimentación se encuentra en
los límites de una placa litosférica que subduce, se
introducen en la tierra hasta grandes profundidades,
incluso decenas de Km. Comparado con la superficie
de la tierra, la T y P litoestática, alcanzada a estas
profundiades es de cientos de ºC y hasta decenas de
kbar ó miles de MPa, respectivamente.
Esto impone unas condiciones fisico-químicas tales que
los minerales y asociaciones minerales que forman las
rocas sedimentarias no sean estables y se producen
reacciones químicas entre los minerales de las rocas
parentales para formar nuevas asociaciones minerales.
Se reconstituye la materia totalmente, o lo que es lo
mismo, la roca recristaliza. La roca así recristalizada
es una roca metamórfica.
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Distorsión de Geotermas: Tectónica de Placas
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El proceso de recristalización afecta no sólo a las
rocas de la pila sedimentaria que se introduce en el
interior de la Tierra. También afecta a las rocas de su
basamento, o sea, a las rocas preexistentes sobre las
que se depositaron las rocas sedimentarias y que
también son introducidas en el interior de la Tierra.
E s t a s r o c a s s o n , g e n e r a l m e n t e , í g n e a s y /o
metamórficas y, dado que su s asociacio nes de
minerales ígneos son igualmente inestables bajo las
nuevas condiciones a que son sometidos, también
recristalizan y forman otras rocas metamórficas.
La naturaleza de las nuevas asociaciones minerales
dependerá de la composición mineral y química de la
roca parental (protolito) y de las condiciones de T y P
(profundidad) alcanzadas en la recristalización.
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Subducción Oceánica: Distorsión de Geotermas en
los margenes activos
©A. Carmelo Prieto Colorado
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Facies en los margenes activos
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Subducción en la Litosfera oceánica: Facies en los
márgenes activos y evolución de P y T.
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Subducción Oceánica: Distorsión de Geotermas en
los margenes activos
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Aunque las rocas metamórficas tienen asociaciones de
minerales distintas de las que caracterizan a las rocas
parentales (ígneas, sedimentarias o metamórficas),
existen algunas excepciones.
Si las rocas parentales estaban constituidas por un solo
mineral, por ejemplo calcita en las calizas ó cuarzo en
la arenisca cuarzosa, la nueva roca metamórfica estará
constituida por el mismo mineral calcita dando
mármol y el cuarzo, cuarcitas.
En cualquier caso, habrán sufrido recristalización, lo
que significa que los granos minerales individuales de
cuarzo o de calcita no son los mismos que los que
existían en la roca parental.
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Por otro lado, el proceso de introducción de pilas
sedimentarias en el interior de la tierra solo es posible
si existen fuerzas que lo lleven a cabo. Estas fuerzas
geodinámicas suponen la existencia de campos de
esfuerzos anisótropos mediante presiones dirigidas que
imprimen a las rocas deformación.
La defor mación es patente por estructuras con
fracturas, pliegues, foliaciones,... y por la orientación
preferencial de los granos minerales crecidos antes o
d u rante la defo r mación de la ro ca e n su
recristalización.
Estos granos minerales adquieren una forma no
esférica y se orientan con sus dimensiones mayores
alineadas perpendicularmente al esfuerzo principal
mayor, dado lugar a foliaciones, observables como
superficies de exfoliación: pizarrosidad.
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Por tanto, los tipos de rocas metamórficas dependen
de la composición mineralógica y química de la roca
parental (protolito), de las condiciones de T y P
alcanzadas durante la recristalización, y de la
deformación sufrida.
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Evolución de T y P en la colisión continental
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Evolución de T y P en mono- y
polimetamorfismo
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Evolución de T y P en zonas de
subducción, colisión y arcos
magmáticos
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Clasificación de las rocas metamórficas
La clasificación de las rocas metamórficas se basa en:
la composición química y mineralógica.
el origen de la roca original o protolito
Las características texturales, estructurales y de
fábrica
Me d iante el cr iter io co mposicio nal, se pue den
d i f e r e n c i ar g r a n d e s g r u p o s , c o m o r o c a s d e
composición máfica (rocas ígneas máficas como
g r a b r o s) y u lt r am á f i ca ( p e r i d ot i t a s) , p e l í t i ca
(sedimentarias detríticas arcillosas) y gneísica (ígneas
ácidas como granitos y riolitas, y sedimentarias de
tipo areniscas arcósicas), carbonáticas (calizas y
d o l o m í a s ) y c a l c o s i l i c at a d a s ( c a r b o n at a d a s
impurificadas con arcillas y margas).
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Tipos de metamorfismo
Metamorfismo Regional
Orogenico
de enterramiento
de fondo oceánico
Metamorfismo local
Tér mico (de co ntacto ó piro m etamorfismo,
hidrotermal, de lámina caliente, de incendio y de
rayo)
de dislocación
de impacto
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Hay diversos tipos de metamorfismo, pero los más
importantes son el metamorfismo regional y el
metamorfismo de contacto.
Las rocas del metamorfismo regional se forman en
áreas orogénicas amplias que afectan a grandes
sectores de la litosfera y a lo largo de cientos de km,
presentando foliaciones e importantes deformaciones.
Por ejemplo, una lutita de la placa litosférica que
subduce, es introducida en el interior de la tierra, los
minerales arcillosos reaccionan, se destruyen y forman
otros minerales. La textura también cambia, ya que los
nuevos minerales forman granos de tamaño mayor que
los anteriores y se orientan según superficies de
aplastamiento orientadas con el campo de fuerzas que
actúa en la subducción, perpendicular al esfuerzo
mayor.
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Estas transformaciones de una lutita producen nuevas
rocas, como pizarra, a temperaturas entre 200-300ºC,
filita, de 300 a 400ºC) o esquisto, de 400 a 600ºC.
La superficie paralela a la cual se oriental los
minerales se denomina pizarrosidad o esquistosidad,
aunque de forma general se conoce como foliación. A
favor de estas superficies la roca muestra una
debilidad mecánica que permite que sea exfoliable en
capas finas.
Si la roca es un granito, se produce un gneiss y si
fuese un basalto, se pro ducen esquistos verdes,
anfibolitas, granulitas, esquistos azules, y eclogitas.
Si la ro ca
serpentinita.
es
u na
per i doti ta,
se
pro d uce
u na
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Las rocas de metamorfismo de contacto son de
extensión volumétrica limitada, dado que se forman
en los contactos entre cuerpos magmáticos intrusivos
(plutones) y rocas encajantes más frias.
El magma de estos cuerpos transfiere calor por
conducción a las rocas de su alrededor, lo que genera
un calentamiento entorno al plutón. Con ello, se
producen reacciones químicas entre los minerales de
las rocas preexistentes (ígneas, sed imentarias o
metamórficas), for mando una aureo la de rocas
metamórficas alrededor del plutón.
Dada la mala conductividad térmica de las rocas, se
produce un gradiente de temperatura de forma que la
temperatura cerca del contacto con el cuerpo ígneo es
mayor que la T de zonas alejadas del contacto.
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Por ello, las asociaciones minerales formadas cerca
del plutón son distintas de las formadas lejos de él, y
las rocas neoformadas son distintas.
Por ejemplo, si las rocas donde está encajado el
plutón son lutitas, se forman corneanas, que contienen
asociaciones minerales con andalucita y cordierita,
estables bajo las nuevas condiciones de temperatura.
Aunque la distribución a lo largo de la aureola de
será distinta con cordierita+andalucita cerca del
contacto, y a distancia mayor, solo andalucita.
Este tipo de rocas no sufre esfuerzos dirigidos
especialmente intensos durante la blastesis mineral,
por lo que suelen ser rocas no foliadas (exclusivamente
blásticas).
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Texturas de las rocas metamórficas
Las texturas de las rocas metamórficas son cuatro:
Textura granoblástica. Los cristales forman un
mosaico de granos más o menos equidimensionales.
Los contactos entre granos tienden a formar 120º
e n p u nto s d o n d e s e j u nt a n t re s d e e llo s
(denominados puntos triples). Esto se debe a que
esta disposición morfológica en más estable, ya que
se minimizan la superficie total de contactos entre
granos y la energía de superficie, por comparación
con otras disposiciones que implican contactos al
a z a r. E s t a t e x t u r a e s c o m ú n e n r o c a s
monominerálicas como cuarcitas y mármoles, así
como en rocas de grado metamórfico muy alto
como granulitas.
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Textura lepidoblástica. Está definida por minerales
tabulares (en general filosilicatos, normalmente
micas y cloritas) orientados paralelamente según su
hábito planar. El hecho de que esta textura presente
o r i e nt ac i ó n p ref e re nt e d e s u s co m p o n e nt e s
minerales supone que las rocas con esta textura
presentan fábrica planar (o plano-lineal), lo que
confiere a la roca una anisotropía estructural
(foliación) según la cual tiende a exfoliarse. Estas
ro cas pre sentan, por tanto, co mportam ientos
mecánicos contrastados según las direcciones
per pend icu lar y paralela a la su perficie de
foliación. Esta textura es la típica de metapelitas
(pizarras, micacitas, esquistos y gneises pelíticos).
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Textura nematoblástica. Definida por minerales
prismáticos o aciculares (inosilicatos, normalmente
anfíboles) orientados paralelamente según su hábito
elongado en una dirección. Las rocas con esta
textura presentarán fábrica lineal (o plano-lineal),
lo que igualmente les confiere una anisotropía
estructural (lineación) según la cual las rocas
tienden a escindirse. Esta textura es típica de
anfibolitas, algunos gneises y mármoles anfibólicos.
Textura porfi doblástica. Caracterizada por la
presencia de blastos de tamaño de grano mayor
(porfidoblastos) que el resto de los minerales que
forman la matriz en la que se engloban. La matriz
por su parte puede tener cualquiera de las texturas
anteriores o combinación de ellas. Cualquier tipo de
roca metamórfica puede tener esta textura.
©A. Carmelo Prieto Colorado
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Las 4 texturas aparecen en rocas metamórficas de
modo exclusiv0. Sin embargo, lo normal es que se
presenten combinaciones de dos o más de ellas. La
textura global se describe con el nombre de la textura
individual dominante, y a posteriori el resto.
Granolepidoblástica
Granonematoblástica Granoporfidoblástica
Exis ten textu ras particu lare s que proporcio nan
información sobre los procesos sufridos por las rocas.
Ejemplos de ello son las texturas poiquiloblástica,
definida, por cristales porfidoblásticos que incluyen a
otros minerales más pequeños, como en rocas igneas.
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Rocas metamórficas comunes
Pizarra y filita. Rocas pelíticas de grano muy fino a
fino. Compuestas por filosilicatos (micas blancas,
clorita,...) y cuarzo (si es muy abundante puede
denominarse entonces cuarzofilita); los feldespatos
(albita y feldespato potásico) también suelen estar
presentes. Estas rocas presentan foliación por
orientación preferente de los minerales planares
(filosilicatos), y son fácilmente fisibles.
Esquisto. Roca pelítica de grano medio a grueso,
con foliación marcada, denominada esquistosidad.
Los granos minerales pueden distinguirse a simple
vis ta. Los co mp o n e nte s más abu ndante s so n
moscovita, biotita, plagioclasas sódicas, clorita,
granates, polimorfos del silicato de aluminio
(andalucita, silimanita, distena), etc. A veces pueden
tener altas concentraciones de grafito, tomando un
color oscuro, al igual que las pizarras y filitas.
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Filita
Pizarra
Esquisto
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Gneiss. Rocas cuarzofeldespática de grano grueso a
medio, con foliación menos marcada que en los
e squis tos debi do a la m enor proporción de
filosilicatos (moscovita y/o biotita). Para definir
una roca como gneiss debe contener más de un 20%
de feldespatos. Su origen es diverso, pudiendo
derivar tanto de rocas ígneas (ortogneisses) como
sedimentarias (paragneisses). Algunos se producen
en condiciones de alto grado por fusión parcial de
esquistos u otros gneises, son gneiss migmatiticos.
Anfibolita. Roca compuestas esencialmente por
anfíboles (en general hornblenda) y plagioclasa de
composición variable. La esquistosidad no suele
estar muy desarrollada, aunque los prismas de
anfíbo l suelen e s tar or ientados linealm ente,
generando lineación. Proceden en su mayoría de
rocas ígneas básicas (ortoanfibolitas) y margas
(paraanfibolita).
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Anfibolita
Gneiss
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Mármol. Roca de grano fino a grueso compuesta
esencialmente por carbonatos (calcita y/o dolomita)
metamórficos. Nor malmente, los már mo les no
presentan foliación, debido a la ausencia o escasez
de minerales planares. Su estructura es variada,
aunque abundan la masiva y bandeada, y su textura
es típicamente granoblástica. Su color es muy
variado, desde blanco, gris, rosa a verde. Resultan
de la recristalización de rocas calizas de cualquier
t ip o, p o r lo q u e no p u e d e n o b s e r var s e lo s
componentes originales como bioclastos, oolitos,
etc. Los mármoles no deben confundirse con calizas
esparíticas sedimentarias, que sí presentan los
componentes originales, aunque más o menos
modificados por los procesos diagenéticos. De
hecho, gran parte de las rocas que comercialmente
se conocen con el nombre de mármol, son rocas
carbonatadas sedimentarias.
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Marmol Rosa
Marmol Blanco
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Cuarcita. Roca de grano medio a fino, constituida
esencialmente por cuarzo (más del 80 %) y algo de
micas y/o feldespatos. Las cuarcitas derivan de
rocas sedimentarias detríticas ricas en cuarzo
(areniscas cuarcíticas) con las que no deben
confundirse. Son rocas masivas o bandeadas, sin
fo l i ac i ó n m ar cad a y t ex t u r a g r a n o b l á s t i ca
deformada o no.
Corneana. Roca no esquistosa desarrollada por
m etamo rfismo de co ntacto sobre ro ca s
originariamente pelíticas. La composición es similar
a la de los esquistos, pero presentan algunas
d iferencias mineralóg icas, como cord ierita y
a n d alu c i ta . La tex t u r a e s g r a no b l á s t i ca , la
estructura generalmente masiva, de fábrica no
or ientada. De mo do g en er ico se deno m inan
“corneánicas” a las rocas del metamorfismo de
contacto.
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Cuarcita
Corneana
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Serpentinita. Roca compuesta esencialmente por
minerales del grupo de la serpentina (antigorita,
crisoltilo, lizardita...), con proporciones variadas de
clorita, talco, y carbonatos (calcita, magnesita). Son
ro ca s g e n eralm e nte ma siva s, au nque pue de n
presentar cierto bandeado composicional. Proceden
de rocas ultrabásicas, constituidas esencialmente
por olivino y piroxenos, hidratadas durante el
proceso metamórfico. Estas rocas son conocidas
comercialmente como mármoles verdes, aunque en
sentido estricto no son mármoles.
Serpentinita
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Física de la Materia Condensada, Cristalografía y Mineralogía
Facultad de Ciencias
Universidad de Valladolid