Mecanismos de Formación de las Rocas Sedimentarias

La formación de rocas sedimentarias conlleva un conjunto de procesos físicos, químicos y biológicos que tienen lugar en la superficie de la Tierra y en la parte más externa de la corteza terrestre en contacto con la hidrosfera, con la atmósfera y con la biosfera.

En la formación de las rocas sedimentarias se dan los procesos siguientes:

Meteorización

Constituye el primer paso en la formación de las rocas sedimentarias. Se trata de la alteración que sufren las rocas que se encuentran en la superficie de la Tierra. Esta alteración puede ser mecánica, debido al hielo y el deshielo o del crecimiento de cristales de sal, o bien química.

Erosión

Cuando las partículas son arrancadas del conjunto donde se encuentran. Esta actividad se encuentra bajo los efectos de la atracción gravitatoria, que tiende a hacer bajar los objetos y, además, de la acción del impacto del agua, el aire, el hielo u otras partículas en movimiento.

Transporte

Las partículas arrancadas continúan su viaje a través de uno de los agentes disponibles (agua, aire o hielo), hasta llegar al lugar de sedimentación o cuenca de sedimentación. Este tránsito desde el área de erosión hasta la cuenca de sedimentación constituye el transporte.

Sedimentación

El conjunto de materiales de origen mineral u orgánico, derivados de las rocas preexistentes o de la actividad de seres vivos que, siguiendo el proceso de transporte, es depositado, formando sedimentos.

Compactación y Cimentación

A medida que los sedimentos van quedando enterrados, sufren una disminución de los espacios vacíos o poros y una pérdida de agua, proceso conocido como compactación. Si en los espacios vacíos se precipitan sales disueltas en el agua, las partículas quedan unidas entre sí y se produce la cimentación.

Diagénesis

Este conjunto de modificaciones que sufre un sedimento al pasar a roca sedimentaria se denomina diagénesis.

Características de las Rocas Sedimentarias

Estratificación

La disposición típica de las rocas sedimentarias en capas o estratos superpuestos se denomina estratificación. Cada estrato representa una unidad de sedimentación. Los diferentes episodios sedimentarios van formando estratos que se superponen unos sobre otros sucesivamente.

Estructuras Sedimentarias

Las condiciones particulares de formación de algunas rocas sedimentarias originan también unas ordenaciones internas, en la parte superior o inferior, visibles a nivel de afloramiento, que se llaman estructuras sedimentarias. Las estructuras sedimentarias reflejan todo un conjunto de procesos que pueden desarrollarse tanto en el momento de la deposición como después.

Fósiles

El origen superficial de estas rocas en contacto con la biosfera hace que puedan contener fósiles, restos de la actividad de organismos vivos. Esto ayuda a reconstruir las condiciones de formación de la roca.

Principio del Actualismo

El estudio de las rocas sedimentarias se basa en el principio del actualismo, enunciado por James Hutton en 1788, que se puede resumir con la frase siguiente: “El presente es la clave del pasado”.

Clasificación de las Rocas Sedimentarias

Si nos atenemos a los mecanismos de formación explicados, podemos clasificar las rocas sedimentarias en detríticas, cuando son el resultado del proceso mecánico de sedimentación de las partículas, y no detríticas, cuando no es así, y por lo tanto, intervienen en su formación la precipitación química y/o la participación de los seres vivos.

Rocas Sedimentarias Detríticas: Según el Tamaño de las Partículas

Ruditas

Superior a 2mm.

• Pudingas: Supera los 2mm, redondeados (guijarros), cantelluts o con aristas vivas (cantos).
  • Matriz: Tamaño inferior a 2mm, llenan los huecos entre los guijarros.
  • Cemento: De origen químico que ocupa los huecos entre los guijarros y la matriz.

Si no hay cemento, no hay coherencia y los guijarros se pueden separar con facilidad. En este caso se habla de sedimentos y, concretamente, si se trata de un conjunto de cantos, entonces se llaman gravas. Cuando hay cemento, se distingue entre conglomerados si están formados por cantos rodados, y brechas, cuando se trata de cantos.

Arenas y Areniscas (Arenitas)

Las arenas son sedimentos incoherentes formados por partículas de un tamaño comprendido entre los 2mm y 1/16mm. Las areniscas son rocas que corresponden a las arenas cementadas. Los componentes que se distinguen son:

• Granos: Entre 2mm y 1/16mm.
  • Matriz: Corresponde a la fracción lutítica que llena los espacios vacíos.
  • Cemento: De origen químico que une los granos.

Lutitas

Se agrupan en sedimentos y las rocas sedimentarias en que el tamaño del grano es inferior a 1/16mm.

• Limos: El tamaño se sitúa entre 1/16 y 1/256mm.
  • Arcillas: Inferiores a 1/256mm.

Cuando los sedimentos anteriores se encuentran compactados se llaman limonitas y argilitas, respectivamente.

Rocas Sedimentarias No Detríticas

Las rocas sedimentarias no detríticas se originan a partir de los materiales transportados en disolución y que se acumulan o sedimentan por precipitación química.

Rocas Carbonáticas: Calizas y Dolomías

Calizas

Muy abundantes en la superficie de la Tierra. Todas las calizas tienen en común la composición, el origen sedimentario del proceso de formación y el hecho de que se reconocen con el ácido clorhídrico al 10%.

• Caliza micrítica: Textura muy fina formada por la precipitación de «barro», cristales muy pequeños (2 a 4 μm) de carbonato de calcio, procedente de la disgregación de conchas y partes de origen orgánico.
• Caliza fosilífera, lumaquela: cuando hay participación de seres vivos, a partir de acumulaciones de esqueletos.
• Caliza oolítica: bolas de estructura radial o concéntrica de unos 2mm. Se originan por la precipitación del carbonato alrededor de un minúsculo grano de cuarzo o de fragmento de fósil.
• Travertino: Precipitación del carbonato alrededor de tallos, hojas vegetales o algas en medios continentales: fluviales o lacustres.

Dolomías

Tienen un aspecto parecido a algunas rocas calizas, con las que a menudo se presentan juntas. Se pueden diferenciar por la textura que generalmente es más granulosa, o bien por la reacción muy débil o inexistente con el ácido clorhídrico al 10% en frío, que sí se produce en las calizas.

Rocas Evaporíticas

Formadas por la precipitación de sales disueltas en aguas sometidas a una fuerte evaporación.

Por orden de solubilidad de menos a más.

Rocas Organógenas (Acumulación de Materia Orgánica)

Se incluyen las rocas formadas por compuestos orgánicos derivados de la transformación de restos de organismos. Son los carbones y los hidrocarburos (petróleo), conocidos como combustibles fósiles.

• Los carbones (origen vegetal continental): Provienen de la transformación de restos vegetales acumulados en zonas pantanosas. Su formación pasa por un proceso de descomposición de los tejidos vegetales (celulosa y lignina) en ausencia de oxígeno (condiciones anaerobias) y por la acción de microorganismos (bacterias). Este proceso llamado carbonización, con el paso del tiempo produce un enriquecimiento progresivo en átomos de carbono. Además, los carbones tienen hidrógeno, oxígeno y, en menor proporción, nitrógeno y azufre.
• Hidrocarburos y petróleo (plancton vegetal marino): Rocas formadas por una mezcla de hidrocarburos, sustancias formadas por hidrógeno y carbono, en estado semisólido, líquido y gases. El petróleo crudo es un líquido oscuro de aspecto aceitoso, que desprende un olor fuerte y es más ligero que el agua.

Se considera que se ha formado a partir de restos de materia orgánica acumuladas en los fondos marinos o lacustres. La materia orgánica planctónica experimenta una fermentación en ausencia de oxígeno que origina una sustancia insoluble, el sapropel, considerado materia prima del petróleo.

Una vez se origina el petróleo, este migra a través de las rocas penetrables hasta que la estructura geológica lo impide (trampa) y se acumula en una roca porosa (roca almacén). A menudo los yacimientos de petróleo contienen también gas natural y agua, dispuestos en función de sus densidades y siempre ocupando los espacios vacíos (poros) de las rocas.

Tectónica de Placas

La Deriva de los Continentes

Alexander von Humboldt observó la semejanza entre las rocas del Brasil y el Congo, y la existencia de los mismos fósiles en ambas zonas. Para justificar estos hechos había que imaginar la existencia de puentes de rocas por encima del océano.

Alfred Wegener en 1912 publicó la teoría de la deriva de los continentes. Según esta teoría los continentes no están fijos, sino que a partir de un continente único (Pangea), se fragmentaron y se fueron desplazando hasta llegar a tener el aspecto actual.

Wegener aportó una serie de pruebas que apoyaban la validez de su teoría:

• Pruebas geográficas: Acoplamiento topográfico entre las costas de ambos lados del Atlántico, que, como demostró posteriormente, es aún más ajustado a los bordes de la plataforma continental.
• Pruebas geológicas: Correspondencia entre las formaciones geológicas de la misma edad a ambos lados del Atlántico. Wegener observó especialmente los depósitos de tillita, unas rocas sedimentarias de origen glaciar que se encontraban en los márgenes de diferentes continentes.
• Pruebas paleontológicas: La existencia de flora y fauna similar a ambos lados de los océanos sólo se podía explicar por la existencia de puentes transoceánicos o debido a que los continentes habían estado juntos en el pasado.
• Pruebas paleoclimáticas: Regiones y continentes actualmente muy diferentes que habían tenido climas similares.

La teoría de la deriva de los continentes no fue aceptada por la mayoría de los geólogos de la época. Wegener no fue capaz de explicar la energía que hacía posible el desplazamiento de los continentes.

Admitía también la existencia de un movimiento vertical de la corteza continental sobre la oceánica para dar explicación a la formación y el mantenimiento de las montañas, tal y como explicó la teoría de la isostasia, formulada por Clarence E. Dutton. Según esta teoría existe un equilibrio dinámico entre una zona externa poco densa, apoyada sobre un manto más denso, de modo que todo incremento de masa es compensado con un hundimiento, y toda pérdida, con una elevación. Esta teoría fue aceptada por buena parte de la comunidad científica de la época.

Según Wegener, si se admitía la idea de que los continentes subían y bajaban lentamente sobre una masa viscosa, también podría admitirse la existencia de movimientos horizontales.

Una explicación más definitiva llegó posteriormente gracias al descubrimiento de las dorsales oceánicas y el paleomagnetismo de las rocas, a mediados del siglo XX. Esto evidenció el acierto de Wegener y permitió a la comunidad científica formular la teoría de la tectónica de placas, sobre la que se basan los conceptos actuales de geología.

La Tectónica de Placas

Las investigaciones con fines militares para conocer la topografía submarina y las anomalías magnéticas para descubrir submarinos proporcionaron las pruebas que faltaban a la comunidad científica para definir la teoría de la tectónica de placas. El levantamiento de los mapas de los fondos abisales puso de manifiesto la existencia de las cordilleras con una depresión interna en la parte central de los océanos llamadas dorsales oceánicas.

Los estudios de paleomagnetismo terrestre, basados en la orientación de los minerales ferruginosos de las rocas, pusieron de manifiesto que, periódicamente, hay una migración del Polo Norte hacia el Polo Sur y viceversa. Este hecho ha permitido datar las rocas de los fondos marinos con cierta exactitud y ha puesto en evidencia que las rocas más jóvenes están al lado de las dorsales y que son más antiguas a medida que nos desplazamos hacia los continentes de manera simétrica a cada lado de la dorsal. Este hecho se explica porque en la parte central de las dorsales aflora magma nuevo que proviene del interior de la Tierra y que al enfriarse origina corteza oceánica nueva.

La formación de corteza nueva implica, si la superficie de la Tierra no aumenta, que en algún lugar se destruye. Estas zonas se conocen con el nombre de zonas de subducción, y se produce cuando una placa se hunde hacia el interior de la Tierra. La placa que subduce corresponde al llamado plano de Benioff, que explica un fenómeno que este sismólogo observó en diferentes partes de la Tierra, donde los terremotos se producían en una superficie inclinada. La interpretación de la teoría de la tectónica de placas es que este plano corresponde a la corteza oceánica que se vuelve a introducir hacia el interior de la Tierra. A partir de estas pruebas se definió la tectónica de placas.

La litosfera está constituida por un conjunto de placas tectónicas que se desplazan por encima de los materiales fundidos o parcialmente fundidos de la astenosfera. En las zonas donde las placas se separan, se crea litosfera nueva de tipo oceánico y, en las zonas de subducción, esta se destruye. La fusión de las placas puede originar magmas que afloran en superficie en forma de volcanes, y el rozamiento entre placas origina terremotos.

Hay dos tipos de placas:

• Placas continentales: corresponden, a grandes rasgos, a las zonas emergidas de los continentes, y están constituidas por corteza continental y parte del manto superior.
• Placas oceánicas: ocupan zonas cubiertas por el mar y están constituidas por corteza oceánica y parte del manto superior.

Tipos de Bordes

• Bordes divergentes: Son los bordes de la placa que tienden a alejarse. También se llaman constructivos, expansivos o zonas de acreción.
• Bordes convergentes: El movimiento entre las placas es de aproximación o colisión. Si una de las placas se hunde por debajo de la otra, se produce la subducción.
  • Placa continental – placa continental.
  • Placa continental – placa oceánica.
  • Placa oceánica – placa oceánica.
• Bordes transformantes: Las dorsales oceánicas están cortadas por fallas que desplazan el eje de la dorsal y forman numerosos fragmentos. Estas fallas se llaman transformantes. El movimiento de las placas es horizontal, sin que haya componente vertical. En este tipo de contacto prácticamente no hay deformación y no se crea ni se destruye material litosférico.