Magmatismo y Metamorfismo

Apartado 1. Los Minerales

• La corteza terrestre está formada por materiales sólidos conocidos como rocas y los «ladrillos» de dichos materiales son los minerales. En la naturaleza se han descubierto más de 4000 minerales de distinto tipo, aunque solamente 30 de ellos son los más comunes en la superficie de la Tierra.
• Los minerales son sustancias sólidas, inorgánicas, que se originan de forma natural y que poseen una composición química definida, la cual puede variar dentro de ciertos límites, y una estructura interna ordenada o estructura cristalina.
• Los minerales se caracterizan por la disposición geométrica en el espacio de las partículas (iones, átomos o moléculas) que los integran, es decir, presentan una estructura interna cristalina. A veces, cuando las condiciones de formación (espacio, tiempo suficiente y reposo) son favorables, su aspecto externo adopta una forma geométrica, reflejo de la disposición en la que se encuentran ordenadas las partículas en su interior. En este caso, los denominamos cristales.

• Todos los minerales están compuestos por elementos químicos. Algunos de ellos se presentan en estado puro y dan lugar a los minerales llamados elementos nativos, como el diamante (C), el oro (Au) y la plata (Ag).
• La mayor parte de los elementos se agrupan formando minerales más complejos. La composición química de un mineral se puede expresar mediante una fórmula: por ejemplo, FeS₂ (pirita).
• Muchos minerales están formados por la combinación única de los mismos elementos químicos que aparecen siempre en la misma proporción. La halita solo contiene cloro y sodio (NaCl).

• Otros minerales tienen «rango de composición» porque un elemento puede sustituirse por otro que prácticamente tenga su mismo tamaño. Por ejemplo, los átomos de magnesio y de hierro, de tamaño similar, pueden sustituirse uno por otro. La fórmula química del olivino es (Mg, Fe²⁺)₂ SiO₄, lo que quiere decir que, además de oxígeno y silicio, puede contener solo hierro, solo magnesio o una combinación de los dos.
• Los mineraloides son sustancias que tienen la apariencia de minerales, pero no comparten algunas de las propiedades características de ellos; por ejemplo, originarse de forma natural, como los diamantes sintéticos producidos por los químicos en la industria.

1.1 Reconocimiento de minerales

• Los mineralogistas pueden identificar centenares de minerales distintos basándose en su apariencia y utilizando algunas pruebas sencillas con una lupa o un material afilado. Sin embargo, la identificación de otros minerales requiere de estudios más complejos. Gracias a sus propiedades físicas y químicas, podemos clasificar y diferenciar unos minerales de otros.

• Propiedades físicas: se pueden observar o medir de una manera muy sencilla. Su estudio no altera la naturaleza ni la composición del mineral.

Dureza Resistencia que oponen los minerales a ser rayados. Se determina con la escala de Mohs, mediante la comparación con diez minerales que se toman como referencia

Exfoliación y fractura Forma en la que se rompe un mineral.

Tenacidad Comportamiento de un mineral cuando lo intentamos deformar.

Brillo y color El brillo es el aspecto que presenta la superficie de un mineral cuando refleja la luz que recibe.

Raya Línea de mineral pulverizado cuyo color característico es casi constante para un determinado mineral

• Propiedades químicas: son aquellas que están relacionadas con la composición del mineral.

Polimorfismo Minerales con idéntica composición química pero con diferente ordenación interna, como el diamante y el grafito, ambos formados por carbono

Isomorfismo Minerales que cristalizan con la misma estructura cristalina, aunque su composición química es diferente. Por ejemplo, el grupo de los granates

1.2 Clasificación de los Minerales

• Como los minerales se han formado en el interior de la Tierra mediante reacciones químicas entre los elementos originales, las combinaciones resultantes son muy numerosas. Por esta razón, para poder ordenarlos, se clasifican en función de diversos criterios: su mecanismo de formación, su estructura interna, su composición química, su utilidad, etc.

• La clasificación química divide a los minerales en diferentes clases según sus compuestos químicos:

• Silicatos
• No Silicatos

Silicatos

• Forman el grupo de minerales más abundante en las rocas. Constituyen el 98% de la composición de la corteza terrestre.

• La unidad estructural básica de los silicatos es el grupo SiO₄^-4, esto es, un átomo de silicio y cuatro átomos de oxígeno
• Ejemplos: cuarzo, olivino, mica moscovita
• El átomo de silicio está en el centro de un tetraedro imaginario formado por los cuatro átomos de oxígeno, situados en los vértices de dicho tetraedro. Los tetraedros se pueden unir entre sí compartiendo los átomos de oxígeno, pero también pueden unirse sin compartir oxígeno mediante cationes, como el Fe²⁺ o el Mg²⁺. El tipo de unión y la disposición espacial de los tetraedros de silicio configuran los seis tipos distintos de silicatos.

Minerales No Silicatos

• Los minerales que no son silicatos se clasifican en:

Óxidos: Magnetita y Hematites

Haluros: Fluorita y Halita

Hidróxidos: Bauxita y Goethita

Fosfatos: Apatito y Turquesa

Sulfuros: Pirita y Cinabrio

Wolframatos: Wolframita y Scheelita

Carbonatos: Calcita y Siderita

Nitratos: Nitratina y Salitre

Sulfatos: Yeso y Baritina

Elementos Nativos: Oro y Azufre

Apartado 2. Rocas y Ambientes Petrogenéticos

• Si observamos con atención a nuestro alrededor, posiblemente podremos ver alguna roca o algún producto elaborado con rocas.
• Una roca es un agregado de uno o varios minerales que se ha formado como consecuencia de un mismo proceso natural.
• Las rocas, aunque presentan gran variedad de formas y colores, solo se clasifican en tres grandes grupos según su origen:

• Rocas magmáticas o ígneas: se forman cuando el magma se enfría y se consolida en el interior o en la superficie de la Tierra.
  • Paisaje magmático: las rocas magmáticas se solidifican a partir de un estado caliente y fundido.
• Rocas metamórficas: se producen cuando cualquier tipo de roca ya formada sufre un cambio en su composición química o en la orientación y el tamaño de sus minerales.
  • Paisaje metamórfico: las rocas metamórficas se transforman a partir de rocas más antiguas por el calor y la presión en el interior de la Tierra.
• Rocas sedimentarias: se originan a partir de la cementación de sedimentos acumulados en las cuencas de sedimentación.
  • Paisaje sedimentario: las rocas sedimentarias se originan por los procesos que tienen lugar en la superficie de la Tierra.

Apartado 3. Magmatismo

• El magmatismo es el conjunto de procesos físicos, químicos y geológicos que se desarrollan en el ambiente magmático e incluye:
• Formación de los magmas como los procesos que dan lugar a la consolidación
• Formación de rocas magmáticas.

3.1. Los Magmas

• Un magma es un fundido de composición silicatada en el que hay cristales, una proporción variable de gases disueltos y, en algunos casos, fragmentos de rocas en suspensión. Se encuentra a temperaturas entre 700 y 1 300 °C.

• La fase fundida constituye la mayor parte del magma y contiene, fundamentalmente, sílice (SiO₂) y otros cationes metálicos (Fe, Al, K, Na, Ca, Mg). Entre los gases disueltos en el magma, los más abundantes son el vapor de agua y el CO₂, aunque también hay HCl, H₂S, H₂ y N₂.
• Los fragmentos de rocas en suspensión pueden ser restos sin fundir de la roca a partir de la que se formó el magma o cristales que han comenzado a formarse en el interior del líquido.

3.3. Cristalización Magmática

• La cristalización magmática es el proceso de solidificación de un magma a medida que se enfría y, al descender la temperatura, se forman cristales de diferentes minerales.
• Pero no todos los minerales cristalizan simultáneamente al enfriarse el magma, sino que, a medida que varían la temperatura y la presión, unos minerales cristalizan antes que otros.

• Primero lo hacen los minerales con puntos de fusión más elevados que son estables a altas temperaturas, y los restantes se van formando a medida que se alcanzan sus respectivos puntos de fusión. En cualquier momento de la cristalización coexiste una fracción sólida y una fracción líquida residual. Este proceso de solidificación, que se realiza de manera escalonada en el tiempo, se llama cristalización fraccionada.

• Durante la cristalización de los magmas se producen dos series principales de reacciones:
• Discontinua (la serie del olivino)
• Continúa (la serie de las plagioclasas)
• Ambas se conocen como series de cristalización de Bowen.

• Serie discontinua: es la serie de los silicatos ricos en hierro y magnesio. Comienza con el olivino, Esta serie se denomina «discontinua» porque la estructura cristalina de un mineral se destruye para construir la del mineral siguiente. No coexisten
• Serie continua: es la serie de los silicatos ricos en calcio y sodio. Esta serie se denomina «continua» porque todos los minerales que la forman pueden coexistir y mantienen la misma estructura cristalina.
• Si en el líquido residual queda aún sílice y otros componentes, a menor temperatura se formarán minerales que no pertenecen a ninguna de las dos series anteriores:

• feldespato potásico
• moscovita
• cuarzo

Apartado 4. Las Rocas Magmáticas o Ígneas

• Las rocas magmáticas o ígneas se forman a partir del enfriamiento y la consolidación de un magma.

4.1 Clasificación de las Rocas Magmáticas

• Según el lugar en el que cristalice el magma, se distinguen dos grupos de rocas:
• Rocas intrusivas: se forman cuando el magma se enfría muy lentamente en zonas profundas. Dependiendo del grado de profundidad, pueden ser:
  • Plutónicas, si la solidificación tiene lugar a grandes profundidades (más de medio kilómetro),
  • Filonianas, si se produce a profundidades intermedias (a lo largo de grietas o fracturas).

• Rocas extrusivas o volcánicas: se producen cuando el magma asciende y se enfría rápidamente en el exterior de la superficie terrestre.

4.4 Principales Tipos de Rocas Magmáticas

Rocas intrusivas

• Las rocas intrusivas pueden ser plutónicas o filonianas. Presentan distintos tipos de texturas.

Rocas Plutónicas – Son rocas restringidas a las zonas continentales. Se caracterizan por presentar una textura granuda, ya que se han formado muy lentamente y a gran profundidad

Ejemplos: Granito, Gabro y Peridotita

Rocas Filonianas – Son rocas intermedias entre las plutónicas y las volcánicas. Consolidan en el interior de la Tierra, pero en zonas relativamente próximas a la superficie terrestre

Ejemplos: Pórfidos

Rocas Extrusivas o Volcánicas

• Las rocas extrusivas o volcánicas se forman tanto en zonas continentales como oceánicas. Sus texturas son variadas.

Rocas Volcánicas: Riolita, Basalto y Andesita

Apartado 5. Metamorfismo

• Es el conjunto de transformaciones físicas y químicas que ocurren en las rocas preexistentes, en estado sólido, como consecuencia de las variaciones de presión y temperatura del interior de la Tierra.
• En general, se considera que el campo del metamorfismo se extiende desde que finaliza la diagénesis y aparece el primer mineral metamórfico hasta la fusión de las rocas y la generación de magmas. Los límites del metamorfismo no son claros pues es difícil establecer cuándo termina la diagénesis y comienza el metamorfismo o cuándo empieza un proceso magmático.

Grados de intensidad del metamorfismo

• Teniendo en cuenta la presión y la temperatura, la intensidad del metamorfismo puede definirse en grados de metamorfismo.

• Así, se distingue:
• Grado bajo
• Grado medio
• Grado alto
• En el diagrama se puede ver el rango de presión y temperatura que define los diferentes grados de metamorfismo. Comienza a una temperatura alrededor de los 150 ºC.
• Bajas presiones y temperaturas se produce el metamorfismo de grado bajo
• Altas presiones y temperaturas ocurre el metamorfismo de grado alto.

5.1. Factores que controlan el Metamorfismo

• Los factores que controlan el metamorfismo son los siguientes:
• La temperatura: el rango de temperatura del metamorfismo se extiende desde los 100-200ºC hasta, aproximadamente, los 700ºC, temperatura a la cual comienza la fusión de algunos minerales iniciándose los procesos magmáticos. El aumento de temperatura, que facilita las reacciones metamórficas, puede deberse a varios factores:

• La proximidad de los materiales a un magma.
• El enterramiento de los materiales a gran profundidad, ya que la temperatura aumenta 1ºC cada 33 metros (gradiente geotérmico).
• El rozamiento entre los dos bloques de una falla a lo largo del plano de falla.
• El impacto de meteoritos, que libera ingentes cantidades de energía.

• La presión: las rocas enterradas están sometidas a dos tipos de presión:
• Presión Litostática: debida al peso de los materiales acumulados sobre ellas. Aumenta con la profundidad y actúa por igual en todas direcciones.

• Presión dirigida: producida por esfuerzos tectónicos como los que se dan en las zonas de colisión de placas. Actúa, sobre todo, durante la orogénesis y deforma los materiales dando lugar a pliegues y fallas.

• La actividad de los fluidos: al aumentar la presión y la temperatura, los fluidos (el agua y el dióxido de carbono) que se encuentran en los poros de las rocas se liberan. Estos fluidos actúan como vehículo de transporte de iones entre los distintos minerales y como catalizadores de las reacciones entre ellos aumentando la velocidad de la reacción, pero sin intervenir directamente en los cambios químicos.

5.2 Cambios en las Rocas con el Metamorfismo

• Los efectos de los procesos metamórficos sobre las rocas se reflejan sobre su textura, su estructura y su composición mineralógica.

Cambios en la textura y en la estructura de la roca

• La presión produce cambios en la textura de las rocas, es decir, en la forma y el tamaño de los granos minerales que las componen. Durante el metamorfismo, hay una tendencia al crecimiento de los cristales minerales (blástesis), por lo que la mayor parte de las rocas metamórficas presentan texturas formadas por un mosaico de cristales grandes (blastos).

• Al mismo tiempo, al aumentar la presión los minerales planos de la roca se reorientan y quedan alineados perpendicularmente a la dirección de la fuerza ejercida. La alineación mineral proporciona a la roca un aspecto hojoso o bandeado, conocido como estructura foliada o foliación.

Estructura de las rocas metamórficas

• Las rocas metamórficas están formadas por minerales cristalizados, por lo que son rocas cristalinas. En ellas se pueden encontrar dos tipos de estructuras o disposición de los cristales minerales:
• Estructura foliada: es la más característica y son:
  • Pizarrosidad: característica de un metamorfismo de grado bajo que origina cristales finos que no se pueden reconocer individualmente sin aumento. La presentan rocas como la pizarra.
  • Esquistosidad: característica de un metamorfismo de mayor intensidad que origina cristales de grano medio que dan lugar a un bandeado grosero. La presentan rocas como el esquisto.
  • Franja gnéisica: característica de un metamorfismo muy intenso que origina cristales de tamaño grueso que se agrupan en bandas gruesas de colores claros y oscuros. La presentan rocas como el gneis.

• Estructura no foliada o granoblástica: si en la roca no crecen minerales planos, no aparece alineación preferente de orientación. Durante la blástesis, los minerales crecen formando un conjunto de cristales equidimensionales incrustados unos en otros, como el mármol.

5.3. Tipos de Metamorfismo

• El metamorfismo se produce siempre que las rocas están sometidas a condiciones distintas a las de su formación. Como respuesta a las mismas, las rocas inestables cambian gradualmente hasta alcanzar el equilibrio con el nuevo ambiente.

• Según actúen predominantemente la temperatura, la presión y los fluidos, existen distintos tipos de metamorfismo:
• Metamorfismo dinámico o de presión: es debido a incrementos de presiones dirigidas de origen tectónico. Así, en zonas de fracturación, como en el caso de las fallas, se originan grandes presiones que trituran las rocas que se encuentran entre los dos bloques que se desplazan y las metamorfizan. Se producen, principalmente, alteraciones estructurales (pizarrosidad).
  • Las rocas típicas de este metamorfismo se llaman, de forma general, cataclastitas o brechas de falla. Si la roca queda triturada con un tamaño de grano fino se denomina milonita.

• Metamorfismo de enterramiento: se produce en zonas donde se acumulan gran cantidad de sedimentos, como por ejemplo, en las cuencas de sedimentación. En estas áreas, los sedimentos más profundos están sometidos a una mayor presión, debido al peso de los materiales superiores (presión litostática), y a un aumento de la temperatura, por el gradiente geotérmico.
  • Las rocas afectadas experimentan un metamorfismo de intensidad muy baja y las rocas metamórficas originadas presentas estructuras pizarrosas.

• Metamorfismo térmico o de contacto: originado por fuertes aumentos de temperatura. Se produce cuando un magma en ascenso desde las zonas profundas de la Tierra intruye y calienta la roca encajante que lo rodea, lo que hace que los minerales de estas recristalicen.
  • Alrededor del cuerpo intrusivo (plutón) se origina una zona de metamorfismo denominada aureola metamórfica cuyo espesor varía desde unos pocos centímetros a varios kilómetros. En la aureola las rocas aparecen más alteradas cuanto más cerca estuvieron de la masa magmática y cuanto mayor fue la temperatura de esta.
  • Las rocas originadas por el metamorfismo térmico se denominan genéricamente corneanas o cornubianitas.
  • A veces, durante el metamorfismo de contacto llegan fluidos hidrotermales (gases y líquidos) procedentes del magma que al reaccionar con la roca encajante la transforman y originan un proceso de metasomatismo.

• Metamorfismo regional o dinamotérmico: tiene lugar cuando las rocas están sometidas simultáneamente a un aumento de presión y de temperatura durante períodos muy prolongados de tiempo, causado por un aumento de profundidad de las rocas.
  • Este metamorfismo afecta a amplias zonas de la corteza terrestre, de ahí su nombre. Se produce a la vez que la actividad deformadora que tiene lugar en las áreas orogénicas. Se localiza, por tanto, en todas las cadenas montañosas.

• Como respuesta al aumento de presión, durante el metamorfismo regional se originan cambios en la textura, alineaciones de los minerales y esquistosidad.
• Como consecuencia del aumento de temperatura, se originan cambios en las estructuras cristalinas de los minerales preexistentes y se forman nuevos minerales. Su intensidad es muy variable y depende de su localización.

5.4 Zonas de Metamorfismo

• Las zonas de metamorfismo son áreas que contienen un mineral característico, que en esa zona, a la presión y temperatura que allí reinan, se encuentra estabilizado. A ese mineral se le llama mineral índice.
• Cuando las condiciones de presión y temperatura varían, ese mineral se desestabiliza y se forma otro nuevo, que pasa a ser el mineral índice de la nueva zona.

• La aparición de cada mineral índice se puede señalar en un mapa por medio de una línea (isograda) que une puntos con el mismo grado de metamorfismo.

Apartado 6. Las Rocas Metamórficas

• Las rocas metamórficas son rocas cristalinas formadas por cristales interconectados que se originan a partir del metamorfismo de rocas sedimentarias, magmáticas u otras metamórficas preexistentes.

6.2 Tipos de Rocas Metamórficas

• Del mismo modo que ocurre con el magmatismo, el metamorfismo también produce una gran variedad de rocas que se pueden clasificar empleando varios criterios. En función de la estructura, las rocas metamórficas se dividen en dos grupos: rocas con estructura no foliada o granoblástica y rocas con estructura foliada.

Rocas con estructura no foliada o granoblástica

• Este grupo incluye rocas cuyos minerales no muestran una orientación preferente. La mayoría de las rocas no foliadas se producen como resultado de un metamorfismo regional o de un metamorfismo térmico de rocas sin minerales laminares.

Rocas con estructura foliada

• Se originan en procesos metamórficos en los que el factor dominante es la presión. La estructura foliada de estas rocas es más visible y gruesa cuanto mayor es la intensidad del metamorfismo.