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TEMA 3ROCAS ÍGNEAS, SEDIMENTARIAS Y METAMÓRFICAS
1. Concepto de roca. Criterios de clasificación.2. El origen de las rocas ígneas. Concepto y propiedades de los magmas, su
evolución y diferenciación. Series de Bowen. Tipos de formaciones derocas ígneas. Principales rocas ígneas.
3. El origen de las rocas sedimentarias. El proceso sedimentario:meteorización, el suelo, erosión, transporte, depósito y diagénesis.Principales rocas sedimentarias.
4. El origen de las rocas metamórficas. Tipos de metamorfismo. Faciesmetamórficas y condiciones físicas de su formación. Principales rocasmetamórficas.
5. Magmatismo, sedimentación y metamorfismo en el marco de latectónica de placas.
1. Concepto de roca. Criterios de clasificación.
Tal y como definimos en el tema anterior, una roca es un agregado naturalcoherente y multigranular formado por uno o varios minerales y/o mineraloides.
Las rocas se pueden clasificar atendiendo a sus propiedades, composición química,textura, permeabilidad, entre otras. En cualquier caso el criterio más usado es por suorigen o clasificación genética.
Rocas exógenas. Se forman en la superficie terrestre y se denominan rocassedimentarias.
Rocas endógenas. Se forman en el interior de la Tierra. En este apartado,tenemos aquellas que se originan a partir de la solidificación de magmas,denominadas rocas ígneas y aquellas que son el resultado de los cambiosque sufre una roca a causa de las altas presiones temperaturas del interiorterrestre y que dan lugar a las rocas metamórficas.
2. El origen de las rocas ígneas. Concepto y propiedades de los magmas, suevolución y diferenciación. Series de Bowen. Tipos de formaciones de rocasígneas. Principales rocas ígneas.
El origen de las rocas ígneas, está relacionado con la formación, evolución yconsolidación de un magma. Los factores que condicionan la formación de los magmasson:
El aumento de la temperatura La disminución de la presión La presencia de líquidos, principalmente agua.
2.1. Concepto y propiedades de los magmas.
Un magma es una masa de rocas fundidas, formadas principalmente por silicatos dediversos metales y cantidades variables de agua y gases.
El punto de fusión de las rocas, al estar formadas por diversos minerales, no tienenun punto de fusión, sino un intervalo de fusión.
A la temperatura en que comienza a fundirse el mineral más fusible, se le denominapunto de solidus y a la temperatura a la que funde el mineral más refractario se ledenomina punto de liquidus.
El punto de fusión de las rocas aumenta con la profundidad, ya que para fundir unaroca, necesita aumentar su volumen y apartar a las rocas vecinas. Esto requiere unaenergía adicional mayor cuanto mayor sea la presión.
Es decir, los factores que determinan la formación de magmas a partir de roca sólidason:
El aumento de la temperatura La disminución de la presión La presencia de fluidos, principalmente agua.
La cantidad de sílice de un magma condiciona sus propiedades físicas, como laviscosidad, la densidad y su color. Podemos diferenciar los siguientes tipos de magmas:
Básico o máfico:
o Bajo contenido en sílice (45% a 53%)o Formado por Silicatos de Fe, Mg y Ca.o Temperatura de fusión entre 950-1200 ºCo Mayor densidad (2,9 a 3,3 g/m3)o Fluidoo Oscuroo Origen en la fusión de las rocas del manto o Forma rocas como los basaltos y gabros.
Ácido o félsico:
o Alto contenido en sílice (> 65%)o Formado por Silicatos de Al, Na y K.o Temperatura de fusión entre 700-800 ºC o Menor densidad (2,5 a 3,7 g/m3)o Viscosoo Claroo Origen en la fusión de la corteza continental o Forma rocas como el granito y riolita
Andesítico:
o Sílice entre 53% y 65%o Características intermedias a los ácidos y básicoso Se origina a partir de la fusión de la corteza oceánica.o Forma rocas como la diorita y andesita
Ultrabásico o ultramáfico:
o Sílice < 45% o Grandes concentraciones de Mg y Fe.o Temperatura de fusión muy alta de hasta los 1700 ºC o Muy fluídoo Muy oscuroo Origen en zonas profundas del manto.o Forma la peridotita
2.2. Evolución y diferenciación. Series de Bowen.
La solidificación de un magma no es un proceso homogéneo, ya que la composiciónquímica del mismo es compleja y los minerales a los que da lugar cristalizan adiferentes temperaturas y en distintos intervalos de tiempo.
Además, el hecho de que un mineral se forme tampoco garantiza su permanencia, yaque puede sufrir nuevos cambios mientras prosigue el enfriamiento del magma, alreaccionar con el fundido residual.
Cuando un magma se va enfriando primero solidifican los compuestos con un puntode fusión más elevado, estos minerales son los óxidos de magnesio, hierro y calcio. Elmagma resultante quedará enriquecido en sílice.
Al bajar la temperatura los minerales antes cristalizados, dejan de ser estables enpresencia de sílice y reaccionan con ésta para dar nuevos minerales. El proceso se varepitiendo.
El orden de cristalización de los minerales fue estudiado por Bowen. Las dos seriesde cristalización más importantes son la serie discontinua o de los silicatosferromagnésicos (Melanocratos = oscuros) y la serie continua o de las plagioclasas(Leucocratos = claros).
En la serie continua los minerales van cambiando progresivamente de unos a otrossin modificar su estructura cristalina, constituyendo una serie isomórfica.
Estas dos series pueden evolucionar hasta el final si la cristalización es lenta y haysuficiente sílice para formar los últimos minerales. Cuando estas condiciones no se dan,entonces aparecen minerales de la parte alta de las series.
2.3. Tipos de formaciones de rocas ígneas.
La mayoría de las rocas ígneas se encuentran bajo la superficie terrestre, y no esfácil que el magma, sobre todo si es viscoso, acceda a la superficie.
En su proceso de ascenso, el magma se abre paso a través de la roca preexistente,que se llama roca encajante. El emplazamiento puede ser:
En zonas grandes como cámaras magmáticas con enfriamiento lento: Batolito (3), Lacolito (1) y Lopolito (7)
Salida rápida por las chimeneas (6) con enfriamiento rápido coladas (8). En fisuras en el interior de las rocas. Diques o filones (2 y 4) y Sill (5).
8
El magma cuando sale a la superficie forma los volcanes, que pueden ser de lossiguientes tipos:
Hawaiano: Lavas fluidas y no explosivas. Estromboliano: Algo explosiva con algunos piroclastos, pero de poca
altura. Vulcaniano: Explosividad moderada con bastantes piroclastos con altura de
hasta 20 km. Pliniano: Erupciones muy violentas y explosivas de hasta 55 km de altura.
2.4. Principales rocas ígneas
Las rocas ígneas se clasifican según el lugar de enfriamiento del magma en:
Intrusitas. Que se forman en el interior de la superficie. Distinguimos lasPlutónicas y las Filonianas
Extrusivas. Se forman en el exterior. Se denominan Volcánicas.
Las características y principales rocas que se forman son:
Plutónicas:
o Se forman en el interior de la Tierrao Enfriamiento lentoo Buena cristalización, textura granudao Granito, Sienita, Diorita, Gabro y Peridotita.
Volcánicas:
o Enfriamiento rápidoo Poca cristalización, textura microcristalina, vítrea o vacuolaro Se forman en la superficie o Basalto, Andesita, Traquita, Riolita, Obsidiana y Pumita
Filonianas:
o Se forman en filones o diqueso Enfriamiento rápidoo Cristalización heterogénea, textura porfídica en la que encontramos
fenocristales, microlitos y pasta vitrea.o Pegmatita y Pórfidos
3. El origen de las rocas sedimentarias. El proceso sedimentario: meteorización, elsuelo, erosión, transporte, depósito y diagénesis. Principales rocassedimentarias.
En la superficie terrestre todas las rocas están expuestas a los procesos demeteorización y erosión. En consecuencia, las rocas se desarman, trituran y algunoscomponentes se disuelven.
Los componentes disueltos como iones, moléculas y complejos químicos sontransportados en solución y se depositan en un lugar con unas condiciones ambientalesque favorecen su precipitación y que, por consiguiente, difieren de las condicionescausantes de su solución. Los componentes disueltos pueden precipitar formandominerales distintos con respecto a aquellos de los cuales proceden.
Los componentes detríticas como los fragmentos de rocas y minerales pueden sertransportados por agua, viento y hielo y depositados en otro lugar. Cuando se depositanlos componentes detríticos y químicos primeramente forman sedimentos blandos comola arena, un lodo de minerales arcillosos o un lodo de caliza. Por hundimiento,compactación y cementación los sedimentos se convierten en rocas sedimentariassólidas.
Los procesos responsables para la transformación de una roca sedimentaria blanda auna roca sedimentaria compacta se denominan procesos diagenéticos. Por tales procesosuna arena se convierte en una arenisca.
3.1. El proceso sedimentario: meteorización, el suelo, erosión, transporte,depósito y diagénesis.
3.1.1. La meteorización es el proceso por el que las rocas se rompen,quedando los fragmentos “in situ”. Se diferencian los siguientes tipos demeteorización:
o Física, producida por:
o Esfuerzos tectónicos
o Gelifracción
o Termoclastia
o Bioclastia
o Química, por los procesos de:
o Disolución
o Oxidación-reducción
o Carbonatación
o Hidrólisis
o Hidratación
3.1.2. El suelo es una capa de origen natural, organizada y situada sobre lasuperficie de la corteza, con unos constituyentes, propiedades y génesis queson el resultado de la actuación de factores activos como el clima, losorganismos, el relieve y el tiempo sobre un material pasivo que es la rocamadre.
La ciencia que estudia las propiedades, estructura, origen y sus tipos se denomina
edafología.
El suelo está constituido por una compleja mezcla de materiales sólidos, líquidos ygases, además de los seres vivos, que se consideran parte del suelo.
Un suelo puede tener diferentes tipos de textura que se refiere al tamaño de laspartículas que lo forman. Distinguimos las siguientes: Gravas, de más de 2 mm.Arenas, entre 2 mm y 1/16 mm. Limos, entre 1/16 mm y 1/256 mm. Arcillas, conmenos de 1/256 mm.
La porosidad de un suelo indica la cantidad de huecos (poros) que hay entre las
partículas sólidas. La permeabilidad indica la facilidad de circulación del agua a travésde los poros y depende de que estén comunicados. Así, las arcillas son muy porosaspero poco permeables.
Para definir la textura de un suelo empleamos un triángulo de textura de suelos. En
este se pueden distinguir las siguientes texturas:
o Arcillosa. Con suelos ricos en nutrientes pero la permeabilidad es casi nula,están poco aireados y son muy impermeables.
o Limosa. Con menos nutrientes, poco permeables y suelen encontrarseapelmazados y poco aireados.
o Arenosa. Suelos muy permeables y aireados pero pobres en agua ynutrientes.
o Franca. Es la textura más equilibrada y presenta las mejores condicionespara la agricultura.
La estructura del suelo es la disposición y estado de agregación de loscomponentes edáficos. Un suelo no tiene una estructura homogénea, sino que en suproceso de formación se produce una diferenciación, dando lugar a diferentes capas,denominadas horizontes, a medida de profundizamos en él.
Generalmente son suficientes tres propiedades para establecer la característica de undeterminado horizonte edáfico: color, textura y estructura.
Aunque se pueden diferenciar muchos tipos de horizontes y sus transiciones ymezclas, los tres principales son:
A. Se forma en la superficie y presenta
el mayor porcentaje de materia orgánicahumificada. Suele ser de color grisoscuro, más o menos negro y presentauna estructura migajosa y granular.
B. Es el horizonte de enriquecimiento dearcilla, óxidos de hierro y aluminio. Si laroca es caliza, será rico en carbonatos.Presenta colores pardos y rojos. Suestructura presenta bloques angulares yprismáticos.
C. Presenta las características de la rocamadre, ya que se trata de un horizontepoco evolucionado. El material esblando y suelto.
Al proceso de formación se le denomina edafogénesis. Las rocas son sometidas a
alteraciones físicas y químicas y los materiales son traslocados y la acción de los seresvivos y sus propios restos orgánicos producen transformaciones hasta originar un suelo,que evoluciona hasta alcanzar un estado de clímax.
Los factores que determinan la formación de un determinado tipo de suelo son los
siguientes: Litología. Depende de la roca madre. No es un factor determinante, ya que de la
misma roca se pueden obtener distintos tipos de suelos.
Biología. Es uno de los factores determinantes. La acción de plantas, hongos ybacterias y posteriormente también animales aportan materia orgánica, alteranlos materiales y los mezclan.
Clima. Constituye un factor esencial. Influye en la humedad del suelo y latemperatura. Interviene en el tipo de meteorización predominante, ya seaquímica o mecánica.
Geomorfología. Influye a través de tres factores: La pendiente, la altitud y laorientación.
Tiempo. Para que un suelo llegue a su madurez se requiere un largo periodo detiempo, aunque es variable entre 0,0001 mm/año a 1mm/año.
Actividades humanas. Generalmente negativas a través de acciones como losincendios, minería, deforestación, agricultura y contaminación.
Los tipos de suelos que según la FAO (Food and Agriculture Organization)
establece son 26, pero nosotros emplearemos una clasificación más sencilla,basándonos en la influencia del clima.
Zonales. Con influencia determinante del clima.
o Polares y subpolares. Podsoles. Característicos de la taiga. Zonas subpolares. Muy
ácidos debido a la hojarasca de las coníferas, que sedescompone lentamente. Poco adecuados para la agricultura.
Mollisuelos. Característicos de la tundra. Zonas polares.Sólo se desarrolla la capa más superficial que se descongelaen la etapa estival. La capa inferior, el permafrost, semantiene congelada durante todo el año.
o Templados
Negros. Son típicos de las estepas y praderas. Clima continentalcon inviernos largos y fríos y veranos cortos y calurosos. Suhorizonte A está muy desarrollado con gran cantidad de humusque le da una gran fertilidad.
Pardos. Los encontramos en los bosques caducifolios. Loshorizontes A y B apenas se diferencian y ambos son ricos enhumus y óxidos que le dan ese color. En superficie tienen unagruesa capa de hojarasca.
Mediterráneos. Podemos distinguir dos tipos: Suelos pardosmediterráneos, característicos de las zonas menos áridas, conbastante humus, son fértiles y adecuados para el cultivo de cerealy los suelos rojos o terra rossa, ricos en óxidos de hierro, conpoco humus y a veces con carbonatos. Son buenos para el cultivode la vid y el olivo.
o Áridos Loess. Depósitos arcillosos de origen eólico. Suelen tener mucha
profundidad y producen suelos fértiles en regiones subáridas. Caliches. Debido a la fuerte evaporación, en superficie se forman
costras salinas o de carbonato cálcico.
o Intertropicales Lateritas. Debido a las altas temperaturas y fuerte pluviosidad, la
meteorización química es fuerte produciendo suelos muyprofundos. El horizonte A es muy escaso debido a la rápidadescomposición de la materia orgánica. En el horizonte B seproduce la precipitación de óxidos de hierro y aluminioproduciendo las lateritas de color rojo.
o Azonales. Pueden aparecer en climas distintos.
Litosuelos. Suelos jóvenes, poco evolucionados. Si provienen desilicatos ácidos como granitos se denominan rankers y los deorigen calizo renzinas.
Hidromorfos. Se originan en zonas con mal drenaje del terreno.Se produce una fermentación anaerobia que da lugar a laformación de un suelo denominado gley muy rico en turba.
Halomorfos. Aparte de las zonas desérticas pueden aparecer enlas zonas costeras. Con una capa salina superior con muy pocohumus.
3.1.3. La erosión es el desgaste de las rocas, por lo que lleva asociado siempreun transporte de los materiales producidos por la meteorización. Laerosión tiende a suavizar el relieve y depende del agente que actúe.
3.1.4. El transporte depende del agente asícomo del tipo de materiales. Lasprincipales formas de transporte son lassiguientes:
• Disolución • Flotación • Rodadura • Arrastre • Saltación • Suspensión de partículas de tamañomuy pequeño.
3.1.5. La sedimentación se produce cuando los sedimentos se depositan. Lohacen en capas, denominadas estratos.
Los sedimentos van a ser diferentes dependiendo de la zona de la Tierra donde se
originen, dando lugar a los denominados ambientes sedimentarios. Los principales son:
3.1.6. La diagénesis es el conjunto de transformaciones que sufren lossedimentos hasta convertirse en rocas. Estas transformaciones se producena bajas temperaturas y presiones.
Los procesos diagenéticos son los siguientes:
Compactación: Disminución del volumen que ocupan lossedimentos debido a la presión que hace salir los líquidos y el aire.
Cementación: Unión de los sedimentos por la precipitación de salesentre los huecos.
Cambios mineralógicos en la composición:
o Disolución: Principalmente de iones. o Intercambio iónico: Entre el sedimento y las disoluciones. o Oxidación-reducción: Ambientes ricos en oxígeno o en su ausencia.o Recristalización: Precipitación de materiales disueltos. o Reemplazamiento: Adaptación de los minerales a las nuevas
condiciones.
3.2. Principales rocas sedimentarias.
Formadas a partir de sedimentos, mediante la diagénesis.
3.2.1. Características principales:
Estratificación: Cada estrato tiene un techo un muro y un espesordenominado potencia del estrato.
Estructuras internas: Nos ayudan a determinar en que condicionesse formó el estrato. Son muy importantes para determinar la historia geológicade una zona. Las más importantes son las siguientes:
o Laminación paralela o Estratificación cruzada o Granoseleccióno Grietas o Marcas de corriente (ripple-marks) o Cicatrices de erosión o Estructuras de deformación: Presión de carga y deslizamientos. o Estructuras orgánicas: Arrecifes, huellas, pistas, etc.
Textura:
o Clástica originada por depósito mecánico de material transportado enforma de partículas sólidas, los clastos.
o Cristalina depósito por precipitación química/bioquímica de materialtransportado en forma iónica).
o Bioclástica cuando que incluyen en su composición una fracciónimportante de restos de organismos, tales como bivalvos, gasterópodos,corales, diatomeas, etc.
Componentes mineralógicos:
o Arcillao Cuarzoo Calcita o Otros minerales son los feldespatos, de sodio y calcio principalmente,
dolomita (carbonato de calcio y magnesio), yeso y anhidrita (sulfato decalcio) y halita (cloruro sódico).
3.2.2. Clasificación:
Detríticas: Formadas por acumulación de fragmentos de rocas preexistentes. Se
clasifican por el tamaño de los clastos.
o Conglomeradoso Areniscaso Arcillas
Organógenas: Por acumulación de restos orgánicos.
o Carbones: Turba, lignito, hulla y antracita.o Petróleoo Diatomita o Caliza coralina
Químicas: Por precipitación química o por la actividad metabólica deorganismos vivos.
o Fosfatadas: Fosforitao Silíceas: Sílexo Carbonatadas: Calizaso Ferruginosas y alumínicas: Bauxitao Evaporitas: Halita y Silvina
4. El origen de las rocas metamórficas. Tipos de metamorfismo. Faciesmetamórficas y condiciones físicas de su formación. Principales rocasmetamórficas.
4.1. Origen de las rocas metamórficas.
El metamorfismo es la transformación de las rocas debido al aumento detemperatura y presión, pero manteniendo el estado sólido.
4.2. Tipos de metamorfísmo.
Dinámico o de presión: Alta presión pero baja temperatura. De contacto o térmico: Cerca de masas magmáticas que son zonas de alta
temperatura, pero baja presión. Se produce la aureola de contacto. Regional: Se produce tanto aumento de temperatura como de presión.
4.3. Facies metamórficas y condiciones físicas de su formación.
Una facies metamórfica es un grupo de rocas caracterizadas por un conjuntodefinido de minerales que, bajo las condiciones de su formación, alcanzaron elequilibrio perfecto entre ellos. La composición mineral cualitativa y cuantitativa en lasrocas de una facies dada varia gradualmente en correspondencia con las variaciones enla composición química de las rocas”.
Los factores que intervienen en el proceso de metamorfismo: Temperatura: Puede ser debido a la profundidad o bien por contacto con
magmas. Presión: Debido al peso de las rocas que soportan encima o bien por esfuerzos
de compresión. Presencia de fluidos: Que favorecen las reacciones químicas entre los minerales
a una menor temperatura Los procesos metamórficos producen unas características propias de las rocas
metamórficas: Brechificación o rotura: Brechas de falla Recristalización: Formación de minerales de mayor tamaño. Orientación: Los minerales planos se orientan perpendicular al esfuerzo. Deshidratación y descarbonización: El agua y el CO2 que sale de las rocas
permite las reacciones químicas de los minerales a una menor temperatura. Formación de nuevos minerales. Adaptados a las nuevas presiones y
temperaturas
4.4. Principales de rocas metamórficas
Orientadas
o Pizarrao Esquistoo Gneis
No orientadas
o Cuarcitao Mármol
5. Magmatismo, sedimentación y metamorfismo en el marco de la tectónica deplacas.
5.1. Magmatismo.
Bordes constructivos en dorsales oceánicas: o Magma básicoo Se produce por fusión de las peridotitos del manto a unos 15-30 km.o No le da tiempo a diferenciarse. o Produce Obsidiana, Basaltos y Gabros
Bordes destructivos en zonas de subducción: o Magmas ácidoso Se produce por fusión de la corteza oceánica a unos 100-300 km.o Ascenso muy lento y tiene tiempo a diferenciarse.o Produce Granitos y Dioritas
Intraplaca: o Magma básicoo Se produce por la fusión del manto a profundidades de 50-70 km.o Origen en puntos calientes del manto alejados de los bordes de las
placas como en Hawai o Yellowstone.o Se denomina pluma a la columna de material que se eleva desde el
punto caliente.o Produce Basaltos y Obsidiana.
Orogénesis:o Magmas ácidos graníticoso Se producen por la fusión de las rocas graníticas y metamórficas
existentes en la corteza continental, proceso denominado Anatexia.o Producen granitos de anatexia.
Bordes pasivoso No hay magmatismo importante
5.2. Sedimentación
La sedimentación se puede producir en los bordes inactivos, es decir en aquellosque no limitan con los bordes de las placas tectónicas, pero sí con la linea de costa yplataforma continental y talud, donde los espesores llegan a unos 6 km. o bien en losactivos, principalmente en las fosas oceánicas, con espesores de hasta 11 km.
5.3. Metamorfismo
Dinámico o de presión: Brechas de falla. Muy importante en las fallastransformantes.
De contacto o térmico: Cerca de masas magmáticas producidas en cualquierproceso magmático.
Regional: En las zonas de subducción. Es muy extenso.