La petrología sedimentaria es una de las especialidades de la geología que estudia las características y los procesos que originan los sedimentos y las rocas sedimentarias. Estas rocas son exógenas porque se forman en condiciones de presión y temperatura similares a las ambientales.

Formación de las Rocas Sedimentarias

La formación de las rocas sedimentarias se da en tres etapas:

1. Alteración y erosión de rocas preexistentes: Un proceso que se origina por la meteorización física y química, generando partículas sueltas.
2. Sedimentación: Las partículas son transportadas por agentes externos como ríos o glaciares y posteriormente depositadas en cuencas sedimentarias.
3. Diagénesis: Los sedimentos se compactan y cementan, convirtiéndose en rocas consolidadas (suelen formar estratos).

Están formadas por fragmentos de rocas o minerales, y en otras ocasiones, por precipitados químicos originados a partir de reacciones entre los iones presentes en el agua como resultado de la meteorización.

Procesos Sedimentarios

Los procesos del ambiente exógeno que influyen en la formación de los sedimentos y las rocas sedimentarias son la meteorización, el transporte, la sedimentación y la diagénesis. Las fuentes de energía que impulsan estos procesos son la energía interna de la Tierra, la energía solar y la energía potencial.

La energía potencial, mediante la gravedad, genera flujos de material que transportan los sedimentos hacia las zonas topográficamente deprimidas.

La energía interna del planeta, mediante la tectónica de placas, contribuye a elevar las zonas de la corteza que se convierten en fuentes de sedimentos a través de la meteorización. En otras regiones, la dinámica terrestre forma las cuencas de sedimentación, donde ocurren la sedimentación y la diagénesis.

Los procesos de meteorización y transporte están influenciados por la energía solar, que alimenta fenómenos atmosféricos clave para el modelado del relieve, que a su vez, condicionan la vida en el planeta.

2.1 Meteorización

La meteorización es la alteración in situ (sin desplazamiento, en el lugar original) de las rocas al verse expuestas a condiciones de presión, temperatura y fluidos muy diferentes a aquellas en las que se originaron, y a los agentes geológicos externos (lluvia, viento, hielo, etc.).

Cuando los procesos de meteorización actúan en las rocas, se producen los sedimentos, que son las partículas sin consolidar.

Distinguimos la meteorización física, que disgrega las rocas: origina fragmentos de menor tamaño, aumenta la superficie de contacto con los agentes geológicos externos favoreciendo la meteorización química; y la química, que altera la composición química o mineralógica de la roca.

Meteorización Física

• Gelifracción o crioclastia: Proceso de fragmentación producido por cambios bruscos de temperatura. El agua entra en las grietas de las rocas, se congela, aumenta su volumen y ejerce presión, fracturando la roca por efecto cuña. Forma canchales, como es la Roca Al Naslaa en Arabia Saudí.
• Haloclastia: Es la infiltración de disoluciones salinas concentradas en cavidades de las rocas. Cuando el agua que se filtra contiene sales, al evaporarse, estas cristalizan, aumenta su volumen y elevan la presión, fracturando la roca. Característico de zonas áridas y costeras, y la desagregación del material da lugar a pequeñas cavidades en las rocas, los alveolos o taffoni.
• Termoclastia: Los cambios de temperatura dilatan y contraen la roca, pudiendo agrietarse. Máxima actividad en desiertos cálidos, en los que los cambios diarios de temperatura llegan a ser de 30 ºC.
• Lajamiento por descompresión: Ocurre cuando las rocas formadas en profundidad, bajo grandes presiones, experimentan una descompresión al llegar a la superficie. Provoca el aumento de su volumen y fracturas paralelas a la superficie del terreno. Muy activo en rocas homogéneas, como los granitos, dando lugar a domos graníticos de exfoliación o lajamiento.
• Bioclastia: Se refiere a la contribución de los seres vivos en la meteorización física y química de las rocas. Las raíces de las plantas son importantes al fracturar las rocas y aumentar el CO₂ en el agua. Además, su materia orgánica atrae iones de hidrógeno (H⁺), creando un ambiente que afecta a las rocas. Los animales también contribuyen al excavar galerías y alterar la composición química del suelo, así como su pH.

Meteorización Química

Entre los procesos externos que generan yacimientos minerales de interés económico, destacan la oxidación y transformación de minerales primarios en secundarios más ricos, como las monteras de hierro o gossans. Estos fenómenos, conocidos desde la antigüedad por su amplia extensión y colores llamativos, han facilitado la exploración minera. Los minerales supergénicos se forman por la acción de aguas meteóricas a través de procesos químicos de la meteorización. Al inicio del proceso de oxidación y enriquecimiento supergénico, se exhuman depósitos primarios, y al final se establece una nueva asociación mineralógica estable.

• Hidrólisis: Proceso de descomposición química o de redes cristalinas de minerales por los iones H⁺ y OH^– del agua. Es el mecanismo de meteorización más común en rocas ígneas y metamórficas compuestas por silicatos. Los minerales como la biotita o los feldespatos se transforman en minerales arcillosos (filosilicatos hidratados). Como resultado, la roca sufre alteraciones químicas y se desintegra.
• Disolución: Afecta a los minerales solubles en contacto con agua, que transforma el mineral sólido en forma iónica. Es especialmente activo en rocas formadas por precipitación química como calizas, yesos y sales. El agua actúa como disolvente por su estructura asimétrica (extremos con cargas diferentes). La mayoría de minerales no son tan solubles y las fuerzas de atracción de las moléculas de agua no logran romper la estructura cristalina.
• Carbonatación: El agua reacciona con el CO₂ disuelto y produce ácido carbónico, que se disocia en anión bicarbonato y H⁺: La carbonatación no causa la meteorización, pero proporciona H⁺, para la hidrólisis de silicatos o la disolución de las calizas. La caliza, insoluble en agua, es soluble en ácido carbónico formando bicarbonato de calcio soluble de manera reversible. Da lugar a los relieves kársticos por disolución de calizas: torcales (superficie) y subterráneos.
• Hidratación química: Es la absorción. Consiste en incorporar moléculas de agua en la estructura interna de un mineral, implicando un aumento de su volumen. Ej: el paso de anhidrita a yeso: el yeso no llega a disolverse aún, pero es más soluble que la anhidrita.
• Oxidación: Son acciones en las que hay una ganancia (reducción) o una pérdida (oxidación) de electrones que afecta la acción de las disoluciones. La alteración química de las rocas ocurre cuando el oxígeno se combina con los elementos de los minerales. La acción más característica es la oxidación del Fe²⁺ a Fe³⁺.

Factores que Favorecen la Meteorización

• Roca madre: Las rocas de precipitación química (yesos, calizas, sales) son más solubles que las formadas por silicatos del enfriamiento de un magma. Dentro de los minerales silicatados, aquellos con redes sencillas de tetraedros de sílice son más alterables. A medida que disminuye la temperatura en la serie de reacción de Bowen se forman silicatos de redes más complejas, que son más estables en superficie. La presencia de diaclasas, fallas, esquistosidad o diques en la roca favorecen la penetración del agua, acelerando los procesos físicos y químicos.
• Clima: En climas tropicales húmedos la alteración química es máxima (aumento de precipitaciones y aumento de temperatura), favoreciendo la disolución del agua y la actividad biológica que aporta CO₂. En zonas glaciares la falta de agua líquida impide la meteorización química, y si hay espesores de hielo glaciar tampoco hay meteorización física. En climas fríos menos extremos, los ciclos de hielo y deshielo provocan crioclastia. En regiones desérticas, la escasa agua y actividad biológica, limitan la meteorización química, aunque hay fragmentación física de rocas. En zonas templadas de latitudes medias hay meteorización química pero menos intensa que en zonas tropicales.

Cuando los fragmentos de las rocas meteorizadas son movilizadas, hablamos de erosión. Se produce en el área fuente y conlleva la pérdida de material y la denudación del relieve desde las zonas elevadas. Es difícil de separar de los procesos de transporte.

La erosión es el proceso de esculpido de la superficie terrestre por eliminación física del material allí existente, debido a la acción de agentes dinámicos como el agua, el viento o el hielo, entre otros.

2.2 El Transporte

Es el traslado de sedimentos derivados de la meteorización desde el área fuente a las cuencas de sedimentación.

Las partículas alteradas (clastos e iones) son transportadas por los sistemas fluviales, pero también por efecto de la gravedad o por el viento. Durante el transporte las partículas siguen alterándose y cambian su tamaño o composición hasta que se depositan.

Dependiendo del agente que realice el transporte el sedimento adquirirá ciertas características:

• Los glaciares llevan indiferenciadamente partículas de cualquier tamaño.
• El viento solo transporta partículas pequeñas y las deposita conforme pierde energía. Por ello el viento da sedimentos bien clasificados (cuando todas las partículas son más o menos del mismo tamaño).

Efectos del Transporte

Durante el transporte el tamaño de las partículas se reduce y los bordes se suavizan. Tanto la redondez como la selección de los sedimentos tienen implicaciones importantes como en la facilidad con la que los fluidos se mueven por ellos. Las partículas se seleccionan y clasifican según la velocidad, la distancia y el tiempo del transporte. Alta velocidad: diversos tamaños y poca selección. Si se pierde velocidad hay selección.

Medios de Transporte

• Transporte por aguas superficiales: Los ríos, torrentes y aguas de arroyada son los principales agentes de erosión continental. Los materiales que transportan se denominan carga, y su capacidad de carga máxima está relacionada con el caudal y la velocidad del agua. Cuando la carga es menor que la capacidad, el río erosiona; cuando la carga supera la capacidad, el río sedimenta, depositando primero los materiales más grandes.
• Transporte por ríos
• Transporte por glaciares: Transporta los materiales que caen y los que erosiona, pero no los selecciona. Las morrenas son los materiales arrastrados por el glaciar.
• Transporte por viento: Generalmente, la erosión eólica actúa en zonas de escasa vegetación. Transporta materiales finos en suspensión y materiales medios por saltación.

2.3 Procesos Gravitacionales

• Caídas:
  • Desprendimientos: cae un bloque.
  • Desplomes: debido a gran erosión en la base. Típico en zonas de acantilado.
  • Vuelcos: giro de unos 90° de un bloque separado por discontinuidades verticales junto con erosión en su base.
• Deslizamientos: Movimiento de rocas o del suelo ladera abajo sobre una superficie de rotura o despegue situada en la parte inferior.
  • De bloques: tienen lugar sobre una superficie plana ya existente buzando a favor de la pendiente, como un plano de estratificación.
  • Rotacionales: el movimiento de la masa es una especie de giro del material a favor de una superficie de ruptura.
• Coladas de barro: Son masas de tierra que al llenarse de agua se convierten en un flujo formando coladas de barro. Es una caída continua y rápida de materiales plásticos o viscosos, como arcillas o limos empapados sin plano de rotura del talud.
• Reptación: Movimiento del suelo provocado por ciclo hielo-deshielo (diarios o estacionales) que resultan en un desplazamiento de partículas ladera abajo. Es muy lento pero los efectos se pueden apreciar en la curvatura de estratos y de los troncos de los árboles.

2.4 La Sedimentación

La sedimentación es el proceso por el cual se produce la acumulación de partículas sólidas en una cuenca sedimentaria.

Llamamos cuenca de sedimentación a las áreas de la superficie terrestre en las que se depositan grandes cantidades de sedimentos. Su existencia implica la presencia de áreas adyacentes que están siendo sometidas a erosión y que son la fuente de los sedimentos. El ambiente sedimentario, aunque de menor extensión, presenta características más uniformes y se clasifica en tres tipos: continentales, costeros o de transición, y marinos.

El origen y evolución de las cuencas sedimentarias están directamente relacionados con dos procesos geológicos que actúan al mismo tiempo: tectónica y sedimentación.

Según su situación actual, tipos de cuencas sedimentarias: activas e inactivas.

En las cuencas sedimentarias, se pueden identificar diferentes medios sedimentarios o ambientes deposicionales, caracterizados por condiciones físicas, químicas y biológicas específicas que se registran en los sedimentos. Aunque los sedimentos pueden ser similares (como arcillas), cada ambiente presenta estructuras y fósiles diferentes. Se reconocen tres tipos principales de medios sedimentarios:

• Continentales: Sedimentación sobre el continente, incluyendo fluvial, glaciar, lacustre y eólico.
• De transición: Sedimentos depositados en el límite entre el continente y el océano, como deltas, estuarios, llanuras de marea y playas.
• Marinos: Sedimentación influenciada por el océano.

La facies sedimentaria se refiere al conjunto de características de una roca sedimentaria, incluyendo composición, textura, contenido fósil y estructuras. Cada medio sedimentario aporta características únicas que permiten identificar el sedimento, su transporte y el ambiente en el que se formó.

2.5 Diagénesis

El conjunto de procesos y transformaciones que experimentan los sedimentos en una cuenca sedimentaria por procesos físicos, químicos y biológicos desde su sedimentación hasta el comienzo del metamorfismo o que vuelvan a exponerse en la superficie a la meteorización y erosión para ser nuevamente sedimentos se denomina diagénesis.

Los procesos no siguen un orden ni tienen que ocurrir todos ellos, los principales son los siguientes:

• Compactación: Pérdida de volumen debida a la presión de las capas de nuevos sedimentos que se depositan. Se expulsan fluidos y disminuye el espacio entre poros.
  • Física: La presión hace que los minerales se orienten de forma paralela.
  • Química: El aumento de presión produce la disolución de los componentes donde contactan.
• Cementación: Formación de minerales en los poros. Esto atrapa las partículas y da coherencia al sedimento. Ej: calcita, arcilla y cuarzo.
• Disolución: El agua puede disolver ciertos minerales, generando nuevos espacios.
• Reemplazamiento: (temperaturas inferiores 150-200ºC) Los fluidos circulantes pueden sustituir unos componentes por otros.
• Recristalización: Transformaciones polimorfas (cambios en estructura sin cambios de composición).
• Neoformación: Formación de nuevos minerales.

3. Estructuras Sedimentarias

Las estructuras sedimentarias aportan información de agentes externos, procesos de transporte, dirección del fluido, el ambiente de sedimentación y del tipo de cuenca sedimentaria. Las estructuras sedimentarias expresan las condiciones del medio sedimentario, donde se originaron las rocas sedimentarias, ya que representan la respuesta del sedimento al proceso sedimentario. Se clasifican en:

• Primarias: Se generan simultáneamente con el depósito (suelen ser físicos). Estratificación cruzada, estratificación gradada, ripples, granoselección, grietas de desecación y flute-cast.
• Secundarias: Se generan por procesos posteriores a la sedimentación (suelen ser químicos). Nódulos y slumps.
• Biogénicas: Originadas por seres vivos. Icnofósiles, bioturbación y bioerosión.