1. LAS ROCAS
Una roca es un agregado sólido cohesionado de origen natural formado por minerales.
La mayoría de las rocas están compuestas por diferentes minerales, y son llamadas poliminerales.
Pero algunas rocas pueden ser de composición monomineral, como la caliza que está formada únicamente por calcita (CaCO3).
En la corteza terrestre se distinguen tres tipos de rocas en función de su origen:
Rocas ígneas (o magmáticas): formadas por la solidificación de magma en profundidad o de lava en superficie. Suelen ser rocas compactas con un tamaño variable de los cristales, desde microscópico hasta visible en muestra de mano.
Rocas sedimentarias: formadas por la consolidación de sedimentos (materiales procedentes de la meteorización (alteración) y erosión de rocas en superficie), precipitación a partir de una solución acuosa, o acumulación de fragmentos rocosos o esqueletos de organismos. Suelen ser rocas frágiles o friables y estar organizadas en estratos.
Rocas metamórficas: formadas por transformación en estado sólido de rocas más antiguas (ígneas, sedimentarias o metamórficas), al estar estas sometidas a condiciones ambientales (principalmente de presión y temperatura) muy diferentes a las de su formación. Suelen ser rocas de grano relativamente grueso y pueden estar foliadas.
Dentro de estas tres categorías, las rocas se diferencian por su mineralogía y su textura, término este que indica las relaciones espaciales entre granos minerales (tamaño de grano, forma de los contactos, intercrecimientos, compenetraciones...). Si los granos son visibles a simple vista la roca se puede clasificar en muestra de mano, si no puede ser necesario el uso de una lupa u observar una lámina delgada del espesor de 30 micra bajo el microscopio petrográfico.
Las rocas experimentan continuos cambios por las acciones de los agentes geológicos, según un ciclo cerrado llamado ciclo de las rocas, en el cual pueden intervenir incluso los seres vivos. En particular, las rocas sedimentarias se forman por procesos geológicos superficiales (meteorización, erosión, transporte, litificación), mientras que las rocas ígneas y metamórficas suelen generarse por procesos activos en las profundidades de los límites entre placas litosféricas (fusión, solidificación de un magma, recristalización).
2. LAS ROCAS ÍGNEAS
Los magmas se generan por fusión de las rocas en el interior de la Tierra, es decir en la corteza y manto. La mayoría de los magmas no son enteramente líquidos sino una mezcla de una fase líquida, gas disuelto (principalmente vapor de agua y dióxido de carbono) y minerales sólidos. Los magmas son usualmente menos densos que las rocas a partir de las cuales se forman y, por tanto, tienden a ascender hasta que se enfrían y cristalizan, dando lugar a las rocas ígneas o magmáticas. Cuando un magma sale a la superficie, los gases se separan de él causando las erupciones volcánicas de lava.
Las rocas que forman la corteza y el manto terrestre están mayoritariamente compuestas por minerales silicatados, es decir ricos en silicio y oxígeno. Como sistema complejo, una roca silicatada no funde a una temperatura fija sino en un intervalo de temperaturas y presiones. Estas temperaturas varían según la presión y la composición de la roca que funde, desde unos 650 ºC en la corteza hasta más de 1300 ºC en el manto. Este proceso se llama fusión parcial.
La temperatura de la Tierra aumenta gradualmente con la profundidad, inicialmente a razón de entre 25 y 30 ⁰C por km (gradiente geotérmico). No obstante, en condiciones normales este aumento no es suficiente para superar el punto de fusión de las rocas, y tanto la corteza como el manto terrestre son esencialmente roca silicatada sólida.
La fusión parcial de las rocas, y por tanto la generación de los magmas, se produce solamente cuando en el manto o la corteza terrestres se dan algunas circunstancias particulares como:
la llegada rápida de material más caliente (por ejemplo, otros fundidos magmáticos) desde zonas más profundas
un ascenso rápido de las rocas (la descompresión favorece la fusión)
la entrada de sustancias volátiles, como fluidos ricos en vapor de agua o dióxido de carbono, que hace disminuir la temperatura de fusión
Normalmente los magmas se estancan a diferentes profundidades durante su ascenso, formando cámaras magmáticas. En estas situaciones los magmas pueden cristalizar en parte y experimentar otras modificaciones a través de:
Diferenciación por cristalización fraccionada: los minerales cristalizan por enfriamiento y se separan de la parte fundida del magma principalmente por gravedad
Asimilación magmática: el magma integra en su interior rocas de caja de las paredes de la cámara magmática y las funde
Mezcla de magmas: la sucesiva llegada de pulsos magmáticos a la cámara puede hacer que se mezclen magmas de diferente composición
Los magmas están compuestos de los elementos mayoritarios que forman el manto y la corteza (O, Si, Al, Mg, Fe, Ca, Na y K). El componente que predomina en la mayoría de los magmas terrestres es la sílice (SiO2). Los magmas y las rocas ígneas se agrupan en categorías composicionales en base a su contenido en sílice:
Rocas ultramáficas (< 45% en peso de SiO2): presentan abundancia de minerales oscuros ricos en Fe y Mg y pobres en sílice (minerales máficos; por ejemplo, olivino y piroxenos)
Rocas máficas (45-53% en peso de SiO2)
Rocas intermedias (53-65% en peso de SiO2)
Rocas félsicas (> 65% en peso de SiO2): presentan abundancia de minerales claros pobres en Fe y Mg y ricos en sílice, Na y K (minerales félsicos; por ejemplo, cuarzo y feldespatos)
Los magmas que solidifican lentamente bajo la superficie terrestre, en cámaras magmáticas profundas, forman los cuerpos de rocas intrusivas (o plutónicas). En este caso el enfriamiento se produce muy lentamente, por lo que los minerales pueden cristalizar gradualmente y en dimensiones relativamente grandes (de varios milímetros a varios centímetros).
Cuando el magma alcanza la superficie, da lugar a la actividad volcánica o eruptiva. El resultado son las rocas extrusivas (o volcánicas) y los edificios volcánicos. En este caso el enfriamiento es rápido, por lo que las rocas se caracterizan por tener una matriz vítrea o formada por minerales de dimensiones muy pequeñas (por debajo de un milímetro). Entre esta matriz pueden aparecer minerales de mayor tamaño llamados fenocristales, que han cristalizado previamente a la erupción en la superficie.
La actividad volcánica, el tipo de erupción y los relieves resultantes dependen, sobre todo, de dos aspectos importantes del magma: la viscosidad, que determina la fluidez, y el contenido en gases.
Los magmas máficos (relativamente pobres en sílice) son característicamente fluidos y pueden fluir fácil y rápidamente formando coladas de lava superficiales que viajan a veces a grandes distancias.
Los magmas félsicos (ricos en sílice), en cambio, son mucho más viscosos, y al salir a la superficie no pueden fluir fácilmente y forman acumulaciones en torno a la boca eruptiva (domos).
Si los magmas félsicos son ricos en gases, éstos no se pueden liberar a causa de la alta viscosidad de la lava. Por tanto, se acumulan como burbujas y aumentan la presión interna de la lava hasta desencadenar enormes fenómenos explosivos. En una erupción explosiva se generan flujos piroclásticos, es decir una mezcla caliente y muy móvil de gas, ceniza y fragmentos de roca, que fluye como una avalancha rápida y destructiva sobre la superficie del terreno.
Cuando un volumen muy grande de magma escapa desde una cámara magmática durante una erupción, el terreno en superficie se hunde o colapsa dentro del espacio vaciado, formando una enorme depresión circular llamada caldera. Algunas calderas tienen más de 25 kilómetros de diámetro y varios kilómetros de profundidad y suelen estar rellenadas por lagos. Los terremotos, grietas, hundimientos y levantamientos alternantes, y la actividad térmica (geiseres, aguas termales) son comunes en muchas calderas con magma subyacente.
3. LAS ROCAS SEDIMENTARIAS
Las rocas sedimentarias proceden de la acumulación en la superficie terrestre de los materiales producidos por la actuación de los agentes y procesos externos. Así, la meteorización física y química (alteración) de las rocas preexistentes inicia el proceso. A continuación, los agentes erosivos (agua, viento, hielo, glaciares) extraen los productos de la meteorización y los transportan a una nueva localización, donde son depositados normalmente formando estratos. El material acumulado se denomina sedimento. En la mayoría de los casos, el sedimento se litifica o endurece por la operación de diversos procesos de compactación y cementación, formando finalmente una roca sedimentaria detrítica. Otra categoría de rocas sedimentarias son las que se forman por precipitación a partir de una solución acuosa (rocas sedimentarias químicas) o la acción de seres vivos (bacterias, moluscos).
El 75 % de los afloramientos de rocas en la superficie de la Tierra está formado por rocas sedimentarias. Estas últimas forman por tanto una capa relativamente delgada y discontinua en la parte más externa de la Tierra. Las rocas sedimentarias contienen evidencias de los ambientes pasados en los que se formaron, y permiten por tanto desvelar la historia de la superficie terrestre. Contienen además fósiles, o sea restos de organismos que vivieron en el pasado y que son herramientas vitales para la reconstrucción de la historia del planeta. Por último, muchas rocas sedimentarias son de gran interés económico, entre ellas el carbón. Petróleo y gas natural están también asociados a rocas sedimentarias. Las rocas sedimentarias son además fuentes importantes de hierro, aluminio, manganeso, potasio, y otros muchos elementos.
El término diagénesis (o litificación) se refiere al proceso mediante el cual los sedimentos no consolidados se transforman en rocas sedimentarias. Uno de los procesos de diagénesis más comunes es la compactación. Conforme los sedimentos se acumulan a través del tiempo, el peso y la presión del material suprayacente comprimen los sedimentos y reducen el espacio de poros. La cementación es el proceso de diagénesis más importante. Los materiales cementantes son transportados en disolución por el agua que fluye a través de los espacios abiertos entre las partículas. Progresivamente, el cemento precipita alrededor de los granos de sedimento, llena los huecos y une los fragmentos. Calcita (CaCO3), sílice (SiO2) y óxidos de hierro (Fe2O3) son los cementos más comunes. Otro mecanismo de diagénesis consiste en la recristalización de algunos de los minerales que forman los granos originalmente sueltos en el sedimento, para acabar formando masas de cristales entrelazados, dando lugar a una masa cristalina compacta y sin poros.
![[Transformación de sedimento en roca sedimentaria (diagénesis o litificación) conforme aumenta la presión con la profundidad]](media/image12.jpg)
Sedimentos y rocas sedimentarias detríticas
• Son sedimentos formados por la acumulación mecánica de materiales derivados de la meteorización (alteración), erosionados y transportados esencialmente en forma sólida. La composición de la roca final depende fuertemente de las rocas que constituyan el área fuente de los fragmentos (clastos), así como de los mecanismos específicos de transporte y depósito.
El tamaño de grano es un rasgo importante de estas rocas puesto que da una idea de la distancia entre las áreas fuente y de depósito de los sedimentos. En general, las partículas más grandes se depositan cerca del área fuente, mientras que las más finas son llevadas en suspensión a grandes distancias antes de depositarse. No obstante, la mayoría de las rocas contienen clastos de tamaños diferentes.
Conglomerados y brechas: Formados fundamentalmente por clastos de gran tamaño (> 2 mm). Las aguas que circulan a través de depósitos de grava pueden precipitar sílice, carbonato de calcio y óxidos de hierro, que actúan como cemento uniendo las partículas de grava entre sí, y formar conglomerados. Si los clastos son angulosos en vez de redondeados, la roca se denomina brecha sedimentaria.
Areniscas: Son las rocas en las que predominan los clastos de tamaño arena (< 2 mm). Son rocas formadas normalmente por transporte de clastos en corrientes turbulentas, tales como el oleaje, el viento, o corrientes de agua (ríos), y presentan a menudo estructuras en láminas. Debido a su durabilidad, el cuarzo es el mineral predominante en la mayoría de las areniscas.
Limolitas y lutitas: En las limolitas y lutitas (o pelitas) las partículas predominantes son de tamaño limo (< 62 micra) o arcilla (< 4 micra). Son las rocas sedimentarias más abundantes. El tamaño de grano tan fino suele indicar que el depósito se produjo a partir de corrientes no turbulentas relativamente tranquilas, y/o por agregación de diminutos cristales de hábito tabular.
Sedimentos y rocas sedimentarias no detríticas
Pueden ser de dos tipos:
Sedimentos formados a partir del material soluble producido en buena medida por meteorización química. Cuando estas sustancias disueltas en aguas precipitan en los mares, lagos o cuevas, esencialmente mediante procesos inorgánicos como la evaporación, originan sedimentos y rocas sedimentarias de precipitación química como las:
Evaporitas: Son los depósitos de minerales formados por la evaporación progresiva del agua marina. Entre ellos se incluye la halita (NaCl), formando sal de roca, y el yeso (CaSO4·2H2O), además de otros minerales menores. La evaporación suele ocurrir en cuencas costeras cerradas con conexiones reducidas con el mar abierto, como bahías o lagunas. Cuando se evapora un volumen de agua salada los minerales precipitan en una secuencia determinada por su solubilidad (por ejemplo, el yeso precipita antes que la halita).
Depósitos de sal Algunos organismos vivos, como las bacterias, pueden provocar indirectamente la precipitación de minerales. Otros organismos, como los moluscos, extraen la materia disuelta en el mar para formar sus caparazones y otras partes duras. Una vez muertos los organismos, sus esqueletos y conchas se acumulan en el fondo de mares o lagos para dar lugar a sedimento y rocas sedimentarias biogénicas como:
Calizas: Son las rocas sedimentarias químicas más abundantes (10% del volumen total de rocas sedimentarias). Están compuestas mayoritariamente por el mineral calcita (CaCO3), y pueden formarse por medios inorgánicos o biogénicos. Las más comunes son las que tienen un origen biogénico en medio marino. Los caparazones y esqueletos de los organismos pueden experimentar un cambio considerable durante la litificación y no ser reconocibles en la roca. Los corales son un ejemplo importante de organismos capaces de crear grandes cantidades de caliza marina en arrecifes.
Diferentes tipos de rocas calizas Rocas silíceas (silex o “chert”): Rocas formadas por sílice (SiO2) microcristalina. La sílice puede depositarse directamente del agua, pero la mayoría de las rocas silíceas proceden de la acumulación de organismos que fabrican caparazones silíceos (por ejemplo, las algas diatomeas, las esponjas, los radiolarios).
Fragmento de silex Carbón: El carbón está compuesto de materia orgánica, muy rica en carbono. El carbón es el producto final derivado del enterramiento de grandes cantidades de material vegetal durante millones de años. Este enterramiento se debe producir en las primeras etapas en ambientes especialmente pobres en oxígeno, como los pantanos, en los que las plantas muertas no se descomponen rápidamente por la acción de la atmósfera.
Carbón
El ambiente de sedimentación influye notablemente sobre las mineralogía y textura de las rocas. Los sedimentos se pueden depositar en muchos ambientes diferentes:
Continentales:
a. Fluviales: el sedimento es depositado por corrientes de agua en ríos
b. Eólicos: el sedimento es depositado por el viento (por ejemplo, en los desiertos)
c. Lacustres: el sedimento es depositado en lagos
d. Glaciares: sedimentos depositados por hielo y agua de fusión de la nieve
Marinos: El sedimento se acumula en zonas someras (plataforma continental, arrecifes) o profundas (llanuras abisales) de cuencas marinas
Transicionales: depósitos localizados entre ambientes marinos y continentales:
a. Deltas: depósitos en la desembocadura de un río
b. Playas: el sedimento es depositado por el agua o el viento en las costas
Ambientes sedimentarios
4. LAS ROCAS METAMÓRFICAS
Metamorfismo literalmente significa “cambio de forma” en griego.
En Geología, el metamorfismo es el conjunto de procesos, transformaciones y reacciones que experimenta una roca cuando es sometida a condiciones ambientales, principalmente de presión y temperatura, muy distintas a las de su formación.
El metamorfismo produce cambios mineralógicos y texturales (relativos a las relaciones espaciales entre los granos) en la roca original, que es llamada protolito.
Así, los minerales preexistentes pueden dejar de ser estables y reaccionar químicamente entre sí, produciendo nuevos minerales que sí sean estables a las nuevas condiciones de presión y temperatura en la corteza y manto terrestres.
El aumento de temperatura favorece también modificaciones a escala de grano, con recristalización de algunos minerales, destrucción de la textura original, y desarrollo de texturas específicas con granos de mayor tamaño.
Normalmente las reacciones metamórficas ocurren entre 150 y 900 ⁰C, y entre 2 y 15 kilobares (6-45 km de profundidad).
Los campos de estabilidad de los minerales de una roca se ven afectados principalmente por:
• 1) Cambios de temperatura: El aumento de la temperatura es el principal factor o agente del metamorfismo ya que el calor proporciona la energía para los cambios que se producen en la roca. En la corteza terrestre, la temperatura aumenta con la profundidad a un ritmo conocido como gradiente geotérmico, que oscila entre 10 y 60 ⁰C por km, con valores típicos de 25-30 ⁰C/km. Por tanto, cuando una roca es enterrada bajo otros sedimentos o cuando es transportada a zonas profundas de la corteza, sufre un aumento de temperatura que puede desencadenar procesos metamórficos manteniéndose la roca en estado sólido. El término “grado metamórfico” se usa para reflejar la intensidad del metamorfismo (en función sobre todo del aumento de temperatura). Se habla de metamorfismo de grado muy bajo (aprox. 150-300 ⁰C), grado bajo (aprox. 300-400 ⁰C), grado medio (aprox. 400-600 ⁰C) y grado alto (> 650 ⁰C).
• 2) Variaciones de presión: La presión en el interior de la Tierra puede ser litostática, o sea debida al peso de las rocas suprayacentes e igual en todas las direcciones (aumenta aproximadamente 1 kilobar cada 3 km), o puede ser dirigida, compresiva o tensional, deformando las rocas y generando foliaciones, pliegues o fracturas. Un fuerte cambio de presión con respecto a las condiciones de formación de una roca puede desencadenar la generación de nuevos minerales y/o su recristalización en granos de mayor tamaño.
• 3) Circulación de fluidos químicamente activos a través de las rocas: La mayor parte de estos fluidos corresponde a vapor de agua, con sales en disolución. Durante el enterramiento o el trasporte en profundidad, las rocas se compactan y reducen su volumen de poros, por lo que el vapor de agua es expulsado de las rocas y queda disponible para reacciones químicas, favoreciendo el transporte de iones y la transformación de los minerales.
En base a su estructura en muestra de mano, las rocas metamórficas se distinguen en dos tipos principales:
1) Rocas metamórficas foliadas o esquistosas
Se diferencian en función de su tamaño de grano:
Pizarra: roca de grano muy fino y foliación muy desarrollada (pizarrosidad) producida por la orientación homogénea de cristales tabulares.
Esquisto: roca de tamaño de grano más grueso (entre 0.2 mm y 1 cm o más) y foliación patente pero más irregular que en la pizarra. Los minerales metamórficos son visibles y a veces de gran tamaño.
Gneis: roca de grano grueso con foliación peor definida que en los esquistos. Suele mostrar bandeados minerales y con frecuencia grandes cristales envueltos por la foliación.
2) Rocas metamórficas pobremente o no foliadas
Cuarcita: roca formada por cuarzo recristalizado. Se genera por metamorfismo de areniscas ricas en cuarzo.
Mármol: roca que se forma por metamorfismo de calizas y dolomías. Compuesta casi exclusivamente por carbonatos, en particular calcita (CaCO3) y dolomita [CaMg(CO3)2].
Eclogita: roca muy densa constituida por piroxenos y granate, y que se forma por metamorfismo de muy alta presión de rocas ígneas máficas (gabros, basaltos).
