Ciclo Geológico: Formación de Rocas Ígneas

El magma se puede definir como una mezcla de componentes químicos formadores de silicatos a alta temperatura. Normalmente incluye sustancias en estado sólido, líquido y gaseoso debido a su temperatura, que está por encima de los puntos de fusión de determinados componentes.

En esta mezcla fundida, los iones metálicos se mueven más o menos libremente. En la mayoría de los magmas, algunos cristales, formados durante las fases previas de enfriamiento del magma, se encuentran suspendidos en la mezcla fundida. Una alta proporción de cristales suspendidos y material líquido confiere al magma algunas de las propiedades físicas de un sólido. Además de líquidos y sólidos, el magma contiene diversos gases disueltos.

El punto de fusión del magma se ubica a profundidades entre 100 y 200 km, es decir, en el manto superior. Se supone que solo una pequeña porción del material del manto está fundida, lo demás está en estado sólido. Este estado se llama 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, a profundidades entre 4 y 6 km por debajo del fondo oceánico.

El magma emplazado a gran profundidad en la corteza terrestre se 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 disminución de la presión tiene como consecuencia una disminución en la temperatura de fusión o cristalización de los minerales. De este modo, a grandes profundidades en la corteza terrestre y en el manto superior puede producirse el magma a partir de material sólido.
Comparemos el material sólido rocoso situado a grandes profundidades, es decir, en el manto superior, con un volumen de agua encerrado en una olla a presión hirviendo, por ejemplo, a una temperatura de T = 120°C. Comparando: ¿Cómo el agua se convierte en vapor? O, mejor dicho, ¿cómo el material rocoso se convierte en un magma? Hay dos posibilidades:

1. Se puede intensificar el fuego, es decir, aumentar la temperatura hasta que el agua esté en ebullición.
2. Se puede abrir la olla a presión, es decir, disminuir la presión, y el agua saldrá de la olla en forma explosiva y gaseosa.

En el caso del material rocoso situado en el manto superior, la disminución 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 a la porción del magma que aparece en la superficie terrestre y que entra en contacto con el aire o con el agua, respectivamente. La lava se enfría rápidamente.

Volátiles

Los volátiles son sustancias químicas líquidas y gaseosas que mantienen el estado líquido o gaseoso a una temperatura más baja que la de los silicatos, caracterizados por temperaturas de fusión relativamente altas.

El magma contiene, entre otros, los siguientes componentes volátiles:
Agua como gas disuelto: 0,5 – 8% del magma y 90% de todos los volátiles, son: Carbono en forma de CO₂, Azufre S₂, Nitrógeno N₂, Argón Ar, Cloro Cl₂, Flúor F₂ e Hidrógeno H₂.

Durante la cristalización del magma, los volátiles son separados del magma como 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, es decir, el aumento de la temperatura con la profundidad, es como promedio 1°/30 m o 30°/1 km. En una zona de subducción, a lo largo de la placa hundida, el gradiente geotérmico es menor, aproximadamente 5°C a 10°C/1 km. En un arco magmático, el gradiente geotérmico es mayor y puede alcanzar 90° a 100°/km.

Cómo se funde una roca en la naturaleza

Cada mineral tiene su propia temperatura de fusión para definidas condiciones (como presión, composición química). A continuación, se presenta la temperatura de fusión (Tf) de algunos minerales y rocas para presiones definidas.

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 disminución 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 expuesto a una disminución 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 Rocas Ígneas y su Reconocimiento

Las rocas ígneas o magmáticas se pueden subdividir en 2 o 4 subgrupos.

Los dos más importantes serían las rocas intrusivas (cristalización en altas profundidades, adentro de la tierra), y las rocas extrusivas o volcánicas (cristalización en la superficie de la tierra).

Además, existe el grupo de las rocas subvolcánicas o hipabisales (cristalización adentro de la tierra, pero en sectores cercanos a la superficie) y el grupo de las rocas piroclásticas, las 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 batolitos. Intrusiones y batolitos tienen un techo, que es el sector del contacto superior con las rocas de caja.

Algunas veces se caen rocas de la caja al magma, las 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 esta zona se convierten, a causa de la temperatura, en rocas metamórficas (metamorfismo de contacto). Generalmente, un magma tiene un peso específico menor que una roca sólida, por eso un magma puede subir hacia arriba, apoyado por la alta presión y por los gases dentro del magma. Si 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, los cuales pertenecen a las rocas hipabisales.

Rocas Sedimentarias: Características y Formación

Sedimentología

La sedimentología es el estudio de los sedimentos y su formación. Los sedimentos son los depósitos que se forman en la superficie de la tierra y en el fondo del mar. La formación de sedimentos, en gran parte, 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

Las rocas sedimentarias son material que ha sido depositado en el agua, por hielo, por el viento o químicamente precipitado en el agua.

Los procesos sedimentarios son fenómenos de la superficie terrestre y del agua. Empiezan 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 último, la diagénesis, la formación de rocas sólidas. Los procesos sedimentarios generalmente son muy complejos y dependen de muchos factores.

Petrología: Rocas sedimentarias

En esta parte se describen la naturaleza y las características más relevantes de las rocas sedimentarias comunes.

• Procesos sedimentarios y clasificación de las rocas sedimentarias
• Procesos sedimentarios
• Ciclo de las rocas sedimentarias
• Componentes de las rocas sedimentarias
• Clasificación de las rocas sedimentarias
• Texturas
• Rocas detríticas
• Tamaño, morfología y naturaleza de los clastos
• Madurez
• Matriz y cemento
• Porosidad y empaquetamiento
• Rocas de precipitación (bio)(geo)química
• Componentes de las rocas carbonatadas
• Compactación de las rocas carbonatadas
• Porosidad de las rocas carbonatadas
• Rocas carbonatadas comunes
• Rocas intermedias

Procesos sedimentarios y clasificación de las rocas sedimentarias

Las rocas sedimentarias se forman en la superficie de la tierra por procesos de erosión y alteración de rocas preexistentes, lo que supone su disgregación, la formación de detritus y la disolución de componentes en soluciones acuosas, el transporte de los mismos, el depósito de fragmentos de rocas, de organismos o material de precipitación (bio)(geo)química en zonas apropiadas (cauces de ríos, lagos, mares, etc.) y transformaciones originadas en el ambiente sedimentario o una vez enterradas por debajo de la superficie atmosférica o acuosa (transformaciones diagenéticas). Por esta razón, suelen presentar una disposición en capas denominada estratificación.

Procesos sedimentarios

Básicamente, corresponden a erosión (mecánica, química y biológica) en áreas fuente continentales, transporte por corrientes de agua (ríos), hielo (glaciares), o atmósfera (viento), depósito en cuencas deprimidas (lagos, deltas, estuarios, plataformas marinas relativamente someras, fosas y cuencas abisales), y compactación y diagénesis durante la formación en estas cuencas de pilas sedimentarias estratificadas que pueden llegar a tener miles de metros de espesor.

Componentes de las rocas sedimentarias

Los procesos erosivos, de transporte, sedimentación y biológicos asociados a la formación de las rocas sedimentarias producen una gran cantidad de componentes constitutivos. Los componentes principales son:

• Componentes Terrígenos o Clásticos: Cristales sueltos, fragmentos de cristales o fragmentos de rocas procedentes de rocas preexistentes por procesos de alteración y disgregación. Su morfología y tamaño están directamente relacionadas con el transporte sufrido desde el área fuente al área de depósito.
• Componentes Ortoquímicos: Materiales formados por precipitación química o bioquímica directa en la propia zona de sedimentación, durante o inmediatamente después del depósito.
• Componentes Aloquímicos: Materiales de origen químico o bioquímico formados en la propia cuenca de sedimentación, pero que se incorporan al sedimento como clastos. Estos materiales han podido sufrir un leve transporte dentro de la cuenca, pero su origen está muy relacionado con el de la roca sedimentaria donde se encuentra.

Clasificación de las rocas sedimentarias

En función de sus componentes, las rocas sedimentarias se clasifican en:

• Rocas detríticas o clásticas (más del 50% de terrígenos). Ruditas o conglomerados (pudingas y brechas), areniscas, lutitas (limolitas, arcillas)
• No detríticas (menos del 50% de terrígenos), que a su vez pueden subdividirse en:
  • De precipitación química o biogeoquímica. Calizas, dolomías, evaporitas, rocas silíceas (sílex, chert). Dentro de este grupo se incluyen las rocas residuales (rocas aluminosas o bauxitas y rocas ferruginosas o lateritas).
  • Organógenas (depósito de fragmentos orgánicos de animales y/o vegetales). Carbón, petróleo.

Texturas

Aunque las características texturales de las rocas sedimentarias son distintas, lógicamente, de las de las rocas ígneas y metamórficas (en particular las referidas a procesos genéticos), algunos términos descriptivos se utilizan indistintamente, tales como texturas granudas, microcristalinas, criptocristalinas, etc. A continuación, se describen brevemente.

De los cinco tipos texturales básicos, las rocas sedimentarias presentan, según su origen, los tipos clástico (rocas detríticas en sentido amplio) y secuencial (rocas organógenas y de precipitación química), o una combinación de ambos.

Rocas detríticas

Todas las rocas detríticas presentan textura clástica, esto es, formadas por clastos embutidos en una matriz de grano más fino, y pueden estar cementadas o no por material ortoquímico y/o diagenético (formado con posterioridad al depósito del sedimento). El cemento suele estar formado por material carbonatado, silíceo o ferruginoso como casos más generales.

Las características que definen la textura de las rocas sedimentarias detríticas se tratan brevemente a continuación.

Tamaño, morfología y naturaleza de los clastos

El tamaño de grano de los componentes clásticos es el criterio fundamental para clasificar las rocas sedimentarias detríticas, siendo su morfología y su naturaleza composicional criterios adicionales para adjetivar las rocas.

Los clastos se clasifican según su tamaño en:

• Grava: > 2 mm
• Arena: 2 mm – 62 micras (1 mm = 1000 micras)
• Limo: 62 – 4 micras
• Arcilla: < 4 micras

Los dos últimos se agrupan bajo el término fango

Clasificación de los Granos

Aunque existen expresiones numéricas para describir la forma de los granos, visualmente se pueden clasificar en función de sus grados de redondez y de esfericidad. El primero varia desde muy redondeados, redondeados, subredondeados, subangulosos, angulosos y muy angulosos. El segundo oscila entre granos de alta y baja esfericidad.

Las ruditas o conglomerados son rocas que presentan fragmentos con tamaños mayores de 2 mm de diámetro (i.e., tamaño de grava); cuando los cantos son redondeados (ver más adelante) las ruditas se denominanpudinga, y cuando los cantos son angulosos, brechas. En función de la composición de los clastos, las ruditas pueden ser calcáreas, graníticas, cuarcíticas, etc.

Las areniscaspresentan fragmentos con tamaños entre 2 y 0.0625 mm (i.e., tamaño de arena); cuando tienen menos del 15% de matriz y están compuestas esencialmente por granos de cuarzo se denominan cuarcitas, cuando lo están por fragmentos de feldespatos se denominan arcosas, y cuando los fragmentos son esencialmente calizos, se denominan calcarenitas. Cuando tienen más del 15% de matriz se denominan grauvacas.

Las lutitas presentan componentes con tamaños de grano menor de 62 micras (i.e., tamaño de fango) en una proporción de más del 75%. Dentro de ellas se distinguen las arcillas o arcillitas, que presentan tamaños de grano menores de 0.004 mm (4 micras), estando compuestas por minerales de las arcillas, que son el producto de alteración de otros minerales como los feldespatos, o el producto de procesos diagenéticos y laslimolitas, que presentan tamaños de grano entre 0.0625 y 0.004 mm (4 micras), y que están compuestas tanto por material detrítico fino (i.e., clástico) como minerales de las arcillas (clástico y/o diagenético) que forman parte del cemento. Cuando las arcillitas se compactan y pierden agua, se transforman en rocas diagenéticas o metamórficas de grado muy bajo denominadas de forma amplia pizarras.

DISPERSION:

Visualmente, la dispersión del tamaño de grano puede estimarse visualmente de forma cualitativa (de visu

y con ayuda del microscopio petrográfico y/o electrónico), utilizándose los términos de rocas 

muy bien, bien,moderadamente y mal clasificadas.

El grado de dispersión de los tamaños de grano es muy importante desde el punto de vista de las propiedades

de las rocas ya que tiene una influencia directa sobre el grado de porosidad y permeabilidad de la misma.

Porosidad y empaquetamiento

Características importantes de las rocas detríticas son la porosidad y el empaquetamiento de los clastos.

La porosidad es el volumen total de la roca ocupado por espacios vacíos (rellenos de aire), y se expresa en porcentajes en volumen:

                                                   Porosidad: (Volumen de poros)/(Volumen total) * 100

Desde un punto de vista práctico, la porosidad que se mide es la porosidad abierta, esto es, aquella fracción de la porosidad total definida por poros intercomunicados entre sí. Esta porosidad da una idea de la permeabilidad del material a soluciones fluidas (líquidas y gaseosas).

El empaquetamiento de los clastos se define como la proporción de espacios vacíos o rellenos por cemento o fracción arcillosa fina existentes entre los granos o clastos. Esta característica controla (en parte) la porosidad de la roca y la distribución del tamaño de poro, aspectos que son esenciales al evaluar el transporte de agua por el interior del sistema poroso de las rocas de construcción y ornamentación. El empaquetamiento se mide por la densidad de empaquetamiento, definida en relación con una línea hipotética trazada en la roca (generalmente en lámina delgada) como la longitud de la línea que está ocupa por clastos partido por la longitud total de la línea. Los tipos de empaquetamientos son flotantes (clastos suspendidos), puntual (clastos parcialmente suspendidos y parcialmente con contactos puntuales), tangente (clastos en contactos puntuales y lineales pero con espacios entre ellos), completo (clastos totalmente en contacto) y suturado (clastos totalmente en contacto e interpenetrados, desarrollado por procesos diagenéticos).