TEMA 14
METAMORFISMO. FACTORES DEL METAMORFISMO.
GRADOS Y FACIES METAMÓRFICAS.
AMBIENTES Y TIPOS DE METAMORFISMO.
EL METAMORFISMO EN EL MARCO DE LA TECTÓNICA DE PLACAS.
TEXTURAS DE LAS ROCAS METAMÓRFICAS.
ROCAS METAMÓRFICAS MÁS IMPORTANTES.
INTRODUCCIÓN
1. METAMORFISMO.
2. FACTORES METAMÓRFICOS.
2.1. Litología de la roca.
2.2. Presión y temperatura.
3. TIPOS DE METAMORFISMO
4. GRADOS Y FACIES METAMÓRFICAS.
4.1. Grados de metamorfismo.
4.2. Facies de metamorfismo.
5. ROCAS METAMÓRFICAS
5.1. Composición química
5.2. Textura
5.3. Clasificación
5.4. Series metamórficas.
6. EL METAMORFISMO EN EL MARCO DE LA TECTÓNICA DE PLACAS.
7. YACIMIENTOS MINERALES LIGADOS AL METAMORFISMO.
………………………………………………………………………………..
INTRODUCCIÓN.
Etimológicamente metamorfismo significa cambio de forma, pero el fenómeno es mucho más amplio. Comprende una serie de transformaciones en los materiales pétreos que abarcan cambios morfológicos, estructurales, químicos, mineralógicos y, como resultado final, los petrológicos. Es decir, una roca se convierte en otra roca distinta pero sin cambio de estado.
1. METAMORFISMO.
Todas las rocas que alcanzan el equilibrio termodinámico y químico con el ambiente que las rodea pueden permanecer invariables indefinidamente; pero si las condiciones del medio varían, la roca ha de ajustarse a los cambios, dando lugar a nuevas estructuras y composiciones químicas mineralógicas, que serán compatibles con las nuevas condiciones.
Por ejemplo, a un aumento de la presión corresponderá una estructura más compacta con minerales más densos; un aumento de temperatura llevará consigo la formación del polimorfo adecuado, y la entrada de cationes o aniones en el sistema rocoso provocará reacciones químicas que darán lugar a nuevos minerales.
El campo del metamorfismo queda delimitado por lo sedimentario y lo magmático, siendo a veces muy difícil establecer los límites. El metamorfismo estricto sólo admite transformaciones en estado sólido, y el límite con los procesos magmáticos queda teóricamente marcado por el paso de sólido a fundido o por el punto de fusión. Pero, como una roca está formada por varios minerales con distintos puntos de fusión, el límite resultará impreciso, pues unos pueden estar fundidos y otros no. A esta situación intermedia o mezcla entre magma y metamorfismo se le denomina migma.
El límite que separa el metamorfismo y el campo sedimentario es tan impreciso que hay materiales que unos autores consideran metamórficos, y otros, sedimentarios.
2. FACTORES METAMÓRFICOS.
Los factores que condicionan el metamorfismo pueden ser de dos tipos: intrínsecos y extrínsecos. Los factores intrínsecos están relacionados con la naturaleza de la roca original, siendo los más importantes la composición mineralógica y química, la dureza y el grado de hidratación. Los factores extrínsecos son los derivados de las condiciones nuevas a las que queda sometida la roca, destacando la temperatura y la presión.
2.1. Litología de la roca.
Es uno de los factores más importantes que controla el metamorfismo, sobre todo en tres aspectos: composición mineralógica, composición química y grado de resistencia de la roca a la compresión mecánica.
- Composición mineralógica. No todos los minerales de una roca presentan la misma capacidad de reacción con otros, ni requieren similares condiciones de presión y temperatura para iniciar los mecanismos característicos del metamorfismo.
- Composición química. A menudo, la composición química global de la roca impone restricciones en su mineralogía, impidiendo la formación de determinados minerales índice que sí se originarían bajo las condiciones de presión y temperatura a las que se encuentra sometida la roca.
- Grado de resistencia de la roca a la compresión mecánica. En las rocas más duras, formadas por minerales de alta resistencia a la deformación mecánica, es más difícil la formación de superficies metamórficas como la esquistosidad o la foliación que se desarrollan con gran facilidad en rocas menos compactas.
2.2. Presión y temperatura.
La estabilidad de los materiales se ve alterada por las variaciones de temperatura y presión y por la acción química debida a la circulación de fluidos.
- El aumento de temperatura es debido a:
- Gradiente geotérmico: la temperatura aumenta 33 ºC por cada km de profundidad. Los gradientes geotérmicos son máximos en áreas de corteza continental situadas sobre zonas de subducción, y mínimos en áreas de corteza continental estable.
- Movimiento de bloques fallados: la fricción entre los labios genera suficiente calor en los planos de falla como para producir rocas metamórficas.
El rango de temperaturas que se puede tomar como referencia para los procesos metamórficos es el comprendido entre los 200 y los 750-900ºC .
- El aumento de la presión puede deberse a:
- Confinamiento de las rocas: el peso de las rocas suprayacentes ejerce una presión uniforme en el interior de la litosfera denominada presión litostática o de confinamiento.
- Plegamientos: se deben a fuerzas horizontales que producen la llamada presión tectónica. Esta es la responsable de la aparición de la esquistosidad o de la foliación.
- Presencia de fluidos: los fluidos que se introducen en los poros de las rocas ejercen, como consecuencia de la presión litostática, otra equivalente llamada presión de fluidos.
La acción química de los fluidos: líquidos y gases activos que se encuentran en los poros de las rocas son los causantes de muchos reajustes químicos estructurales que se producen en las mismas.
3. AMBIENTES Y TIPOS DE METAMORFISMO.
Podemos definir ambiente metamórfico como el espacio físico que reúne las condiciones necesarias de presión, temperatura y la presencia de fluidos químicos, para generar reajustes mineralógicos y/o textuales a una roca en estado sólido (generalmente temperaturas mayores a 200 ºC y menores al punto de fusión de la roca).
Los diferentes ambientes metamórficos son los lugares dónde se producen los diferentes tipos de metamorfismo.
Podemos definir ambiente metamórfico como el espacio físico que reúne las condiciones necesarias de presión, temperatura y la presencia de fluidos químicos, para generar reajustes mineralógicos y/o textuales a una roca en estado sólido (generalmente temperaturas mayores a 200 ºC y menores al punto de fusión de la roca).
Los diferentes ambientes metamórficos son los lugares dónde se producen los diferentes tipos de metamorfismo.
Según el o los agentes que hayan actuado se distinguen diferentes tipos de metamorfismo:
- Metamorfismo de enterramiento: se produce por aumento de la presión litostática, a temperaturas bajas. Produce recristalización de minerales. Se localiza en la base de las cuencas sedimentarias y, en general, en todas las rocas las rocas situadas a
9 Km . de profundidad.
- Dinamometamorfismo: se produce por la acción combinada de las presiones litostática y tectónica. Se produce en zonas de fractura, la acción de grandes fallas sobre las rocas a menudo se traduce en determinados cambios en éstas. En este caso las transformaciones que se originan son casi exclusivamente de tipo estructural y textural. En función de la naturaleza de la roca y de las condiciones de presión y temperatura bajo las que tiene lugar el proceso, éste producirá efectos distintos, debidos al diferente comportamiento mecánico de las rocas. Así, en el caso de rocas duras en condiciones de baja presión y temperatura se producirá una brechificación o trituración, dando lugar a las brechas o papillas de falla; si el comportamiento de la roca es menos rígido se origina una roca parcialmente cementada, que recibe el nombre de milonita. Cuando las fallas afectan a rocas sometidas a altas presiones y temperaturas, la milonitización puede ir acompañada de recristalización y las rocas resultantes reciben el nombre de blastomilonitas (fallas transformantes). También se denomina metamorfismo cataclástico.
- Metamorfismo térmico o de contacto: se produce en rocas que están en contacto con fuentes caloríficas, que normalmente son bolsas magmáticas. Se forman las llamadas aureolas metamórficas. Se origina en zonas de orógenos y en las dorsales.
En estas condiciones, el metamorfismo sólo supone cambios mineralógicos, puesto que no existe componente mecánico que produzca una redistribución estructural o textural de los minerales de las rocas.
Desde el punto de vista textural, la única variación que produce el metamorfismo de contacto es la aparición en la roca de fenoblastos, cristales de tamaño superior al promedio en la roca. Cuando la formación de fenoblastos está poco marcada, éstos se aprecian como un moteado en la roca, que si es pizarrosa recibe el nombre de pizarra mosqueada. Otro aspecto común de las rocas es su coloración, por lo general oscura, que le confiere el aspecto córneo y de ahí, su nombre genérico de corneanas.
Las corneanas constituyen aureolas alrededor de macizos intrusivos. Estas aureolas presentan espesores variables en función de diversos factores, y en ellas los efectos del metamorfismo van siendo menos patentes según nos alejamos del contacto entre intrusivo y encajante, llegando a desaparecer completamente a cierta distancia.
- Metamorfismo general o regional: se produce por la acción combinada de todos los agentes metamórficos. Afecta a grandes regiones, de ahí su nombre. Es típico de los bordes destructivos. El metamorfismo de alta presión y el de alta temperatura son dos polos de una gama de subtipos intermedios.
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En el área más próxima a la zona de subducción se dan condiciones de baja temperatura y de fuertes presiones dirigidas. En la zona central del orógeno, por encima del plano de Benioff, predominan las altas temperaturas, debidas a la actividad magmática ligada al proceso orogénico, mientras que las presiones serán intermedias o bajas, dependiendo el nivel en el que nos encontremos dentro de la corteza continental.
El aumento de la presión produce, fundamentalmente, modificaciones en la disposición estructural y textural: las rocas sufren un aplastamiento que favorece la redistribución de sus minerales en superficies perpendiculares a la dirección del aplastamiento, generándose unos planos de debilidad que reciben el nombre de superficie de esquistosidad. Éstas pueden llegar a ser tan continuas y características como las de estratificación. Si las rocas son resistentes al aplastamiento, se forman planos mucho más espaciados, que reciben el nombre de foliación o bandeado metamórfico; si la resistencia de las rocas es muy grande estos planos no llegan a formarse.
Los cambios en la temperatura afectan sobre todo a la mineralogía de la roca: los minerales que constituyen la roca de partida se habrán formado en unas condiciones de presión y temperatura determinadas, bajo las que eran estables. Cuando estas condiciones varían, dichos minerales pierden la estabilidad y sufren transformaciones en estado sólido que pueden ser de cuatro tipos fundamentales:
· Recristalización. Es característica de minerales con campos de estabilidad amplios, es decir, estables bajo condiciones de presión y temperatura muy variables, y produce fundamentalmente la cementación de las rocas, hace que los granos minerales se suelden, generando una matriz de la roca dura y homogénea. En el caso del cuarzo y la calcita, su recristalización en las rocas sedimentarias en que son mayoritarios (la arenisca y la caliza), da origen a las rocas metamórficas cuarcita y mármol, mucho más compactas que las rocas originales.
· Blastesis. Es un proceso que implica la destrucción de los minerales preexistentes y la formación de otros, de diferente composición, estables en las nuevas condiciones, mediante reacciones específicas por las que se redistribuyen los componentes químicos de las rocas. Como resultado de este proceso se forman los denominados blastos, que son granos minerales de formas muy regulares, y de dimensiones superiores al tamaño medio de los minerales de la roca. Un ejemplo de blastesis es la reacción que se produce entre el cuarzo y la dolomita para dar piroxeno.
· Transformaciones polimorfas. Si un determinado mineral original tiene un polimorfo estable bajo las condiciones nuevas, se transformará en él. El ejemplo más conocido es el del nesosilicato de aluminio que presenta tres polimorfos, andalucita, sillimanita y distena, cuyos campos de estabilidad están perfectamente delimitados, lo que permite determinar las condiciones a la que ha estado sometida una roca que contenga estos minerales.
· Migmatización. Tiene lugar cuando las condiciones de presión y temperatura producen la fusión de algunos de los minerales que forman la roca, quedando esta constituida por una fracción fundida, llamada neosoma, que cristaluiza como una roca ígnea, y una fracción residual, denominada paleosoma, enriquecida en minerales oscuros, ferromagnesianos, con un punto de fusión más alto.
Como resultado de los procesos de metamorfismo regional, se forman rocas que presentan una esquistosidad o un bandeado tectónico, que suele ir asociado al plegamiento. La constitución mineralógica de estas rocas suele incluir minerales que se forman a altas presiones y temperaturas (como el granate, distena, la estaurolita), y otros minerales índice. Ejemplos de estas rocas son los micasquistos con estaurolita y los gneises con granate.
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4. GRADOS Y FACIES METAMÓRFICAS.
Debido a la gran variabilidad de parámetros que condicionan el metamorfismo, uno de los problemas principales es la sistematización de este proceso, basada en la delimitación del campo de presiones y temperaturas bajo las que se produce el metamorfismo en función de los minerales índice que aparecen en las rocas en estas condiciones. Dos conceptos se utilizan para realizar esta sistematización: el grado de metamorfismo y las facies metamórficas.
4.1. Grado de metamorfismo.
Según este concepto, el campo de presiones y temperaturas bajo las que se producen los procesos metamórficos queda dividido en una serie de áreas por unas líneas llamadas isogradas metamórficas. Estas isogradas corresponden a las curvas termodinámicas de reacción de determinadas transformaciones entre minerales para dar lugar a minerales índice determinados.
Dentro del campo del metamorfismo se diferencian los siguientes grados:
· Grado muy bajo. Corresponde a la zona de condiciones de presión y temperatura más bajas. Aparecen minerales del grupo de las ceolitas.
· Grado bajo. Las rocas de este grado se caracterizan por por presentar zoisita como consecuencia de blastesis, aunque también pueden aparecer biotita, granate y actinolita.
· Grado medio. Aparece la estaurolita.
· Grado alto. Aparece ortoclasa a partir de moscovita + cuarzo; por tanto, en estas rocas no aparece moscovita y presentan altos contenidos en ortoclasa.
4.2. Facies de metamorfismo.
En este caso, el campo de metamorfismo queda dividido según las asociaciones minerales que encontramos en las rocas formadas en cada área de presiones y temperaturas. En esta división se pueden diferenciar entre facies características de altas y bajas presiones, lo que no es posible en la clasificación por grados.
Los campos más importantes son los siguientes:
· Facies de las ceolitas. Equivale al grado muy bajo, se caracteriza por la aparición de minerales del grupo de las ceolitas.
· Facies de prehnita-pumpellita. Aparece la asociación prehnita-pumpillita-epidota en rocas ricas en Mg y Ca.
· Facies de esquistos verdes. Se distingue por la aparición de clorita y anfíbol del grupo de tremolita-actinolita. La biotita también es mineral índice de esta fase.
· Facies de esquistos azules. El mineral índice es la glaucofana.
· Facies de anfibolitas. Los minerales índice son la hornblenda, el almandino y la estaurolita.
· Facies de granulitas. Rocas con texturas semejantes a las ígneas, con minerales índice como el piroxeno, acompañado de plagioclasa y cuarzo.
· Facies de eclogitas. Restringida a condiciones de alta presión, se caracteriza por la asociación de almandino y piroxeno.
· Facies de corneanas. Restringida a condiciones de baja presión. Los minerales índice que aparecen son cordierita, andalucita y epidota. La zona de temperatura más baja se caracteriza por la presencia de anfibol (corneanas anfibólicas), mientras que en la de mayor temperatura encontramos piroxeno (corneanas piroxénicas).
En todos los casos, además del mineral o minerales índice, en la roca encontraremos otros, que podrán ser heredados de la roca original o producto de otras reacciones metamórficas previas. Por esto, las rocas metamórficas presentan una mineralogía tan variada, ya que está condicionada por la composición mineralógica original y por los procesos metamórficos que la hayan afectado.
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5. ROCAS METAMÓRFICAS.
5.1. Composición mineralógica.
Algunos minerales que se presentan en las rocas metamórficas están también presentes en las rocas magmáticas (anfíboles, piroxenos, feldespatos, cuarzo, micas).
Otros aparecen también en las rocas sedimentarias (calcita, dolomita, siderita) y algunos son típicamente metamórficos (serpentina, talco, distena, granates, andalucita, berilo, corindón,
turmalina,…) .
Entre los minerales, hay unos que se ven favorecidos por las presiones dirigidas y otros a los que tales presiones destruyen o se oponen a su formación. A los primeros se les denomina tensionales o stress, y a los segundos, antitensionales o anti-stress. Los tensionales suelen ser de estructura hojosa o acicular. Los antitensionales típicos son los feldespatos, que nunca se encuentran en rocas que han sufrido presiones orientadas.
5.2. Textura.
La textura de las rocas se refiere a las relaciones geométricas entre los minerales, granos u otros constituyentes de las rocas, atendiendo esencialmente a su tamaño, forma y distribución.
Durante el proceso de metamorfismo los minerales pueden sufrir deformaciones mecánicas, recristalizaciones, orientaciones, etc. Según los procesos sufridos y cómo se hayan producido éstos se distinguen distintos tipos de texturas.
- Cristaloblásticas: se refieren a la manera de crecer los cristales en el medio sólido. Los cristales formados pueden ser: idioblastos (geometría bien desarrollada), xenoblastos (irregulares), fenoblastos (grandes) y microblastos (pequeños). Estas estructuras pueden ser de varios tipos:
- Granoblástica: cuando los granos de la roca son redondeados y de parecido tamaño.
- Lepidoblástica: cuando se desarrollan cristales escamosos.
- Nematoblástica: cuando se desarrollan cristales aciculares.
- Diablástica: si existen cristales aciculares que se cruzan entre sí.
- Porfidoblástica: si se presentan fenoblastos en una matriz de microblastos.
- Cristalofílicas: son aquellas texturas que presentan orientación preferente de sus minerales. Pueden ser:
- Esquistosas: cuando presenta planos de orientación no paralelos a la estratificación de la roca original.
- Pizarrosa: como la anterior pero con planos muy finos.
- Gneísica: se caracteriza por la alternancia de bandas oscuras esquistosas con otras granoblásticas más claras, más o menos orientadas.
- Cornubianíticas. También llamadas hornfélsicas, son de grano muy fino y muy duras.
- Cataclásticas. Constituidas por fragmentos dirigidas que cortan o cizallan la roca, hasta llegar en ocasiones al completo molido dando lugar a la milonita.
5.3. Clasificación.
Son muy variadas las clasificaciones que se utilizan para las rocas metamórficas. Sin embargo, para un conocimiento general es más comprensible una clasificación que se base en la textura y en la composición mineralógica.
Distinguimos los siguientes tipos:
- Cataclásticas.
- Milonita. Cuando se produce el completo molido de los materiales.
- Granoblásticas. Destacan algunas rocas producidas por metamorfismo de contacto o regional.
- Mármol. Se forman a partir de calizas y dolomías. Presentan grano fino o grueso y aspecto sacaroideo. Generalmente tienen color blanco.
- Cuarcita. Se forman a partir de areniscas o conglomerados cuarzosos. Son muy duras.
- Cristalofílicas.
- Pizarra. Posee una foliación muy fina (pizarrosidad) y buena exfoliación laminar. Existen muchas variedades. Son las únicas rocas metamórficas que pueden presentar fósiles debido a que su qrado de metamorfismo es bajo. Proceden del metamorfismo de rocas arcillosas.
- Esquisto. Presenta foliación más gruesa que las anteriores (esquistosidad). Suelen ser de color gris y presentar aspecto nacarado debido a la presencia de micas.
- Micacita. Es un esquisto con abundancia de micas y cuarzo. Proceden de arcillas y arenas.
- Gneis. Posee textura gneísica, en la que alternan bandas claras de cristales con oscuras esquistosas. Contiene los mismos minerales que el granito.
- Migmatitas. En ocasiones el proceso metamórfico es tan intenso que se llega a la fusión de las rocas en algunas zonas. Este estado se denomina migma y las rocas resultantes del mismo, mitad metamórficas mitad magmáticas, reciben el nombre de migmatitas.
5.4. Series metamórficas.
La naturaleza de la roca inicial hace que existan algunas que sufren evoluciones diferenciadas a lo largo del metamorfismo, con asociaciones de minerales índice distintos, y caracterizados por una mayor o menor facilidad para el desarrollo de texturas típicamente metamórficas. Con estos condicionantes, existe una gran variedad de posibles series de rocas metamórficas en función de la gran diversidad de rocas de las que pueden proceder. Las más importantes son las siguientes:
- En función de las condiciones que se alcancen, las rocas arcillosas dan lugar a pizarras, esquistos y gneises. Son rocas esquistosas o foliadas y en ellas, es frecuente que se formen minerales índice como el granate, la estaurolita o algún polimorfo del grupo andalucita-sillimanita-distena.
- las rocas detríticas arenosas originan cuarcitas, por recristalización del cuarzo. La cuarcita no presenta esquistosidad, pues la cementación por recristalización del cuarzo hace a la cuarcita una roca dura e indeformable.
- las calizas y dolomías originan, por metamorfismo, mármoles por recristalización de la calcita o la dolomita; son rocas granudas y no suelen tener esquistosidad.
- de rocas volcánicas básicas y de rocas sedimentarias formadas por fracción arcillosa y carbonatada (margas) se forman sucesivamente esquistos verdes, anfibolitas, piroxenitas y eclogitas. Son rocas que pueden desarrollar o no esquistosidad o foliación y en las que se originan gran número de minerales índice muy variados.
- El metamorfismo de rocas graníticas produce ortogneises. Presentan una foliación metamórfica espaciada, por deformación y recristalización de cuarzo y micas, y no suelen desarrollar minerales índice nuevos. La resistencia al aplastamiento de los feldespatos hace que estas rocas presentes “ojos” que destacan como granos claros delimitados por la foliación metamórfica.
6. EL METAMORFISMO EN EL MARCO DE LA TECTÓNICA DE PLACAS.
Los procesos metamórficos, al igual que otros muchos procesos geológicos, tienen relación directa con la tectónica de placas.
El metamorfismo regional se produce como consecuencia de procesos tectónicos a gran escala, relacionados con bordes destructivos de placas. Los casos en que la colisión provoca fenómenos de metamorfismo más importantes son aquellos en los que entran en contacto una o dos placas con litosfera continental, lo que supone también deformaciones importantes. Esta circunstancia hace que ambos mecanismos aparezcan siempre íntimamente asociados, produciéndose la superposición de procesos mecánicos, como la esquistosidad, y mineralógicos, como recristalización, blastesis y transformaciones polimorfas.
La distribución de presiones y temperaturas en estas zonas condiciona una disposición peculiar de facies metamórficas: en el área más próxima de la zona de subducción se dan facies de esquistos azules, mientras que en la zona central se incluyen facies de esquistos verdes, anfibolitas y granulitos.
En los bordes neutros o pasivos (fallas transformantes) suele producirse metamorfismo de tipo cataclástico.
En los bordes constructivos aparecen metagabros y metabasaltos como consecuencia del elevado gradiente térmico.
En zonas intraplaca se produce metamorfismo de enterramiento como consecuencia de la elevada presión litostática y metamorfismo de contacto por la presencia de intrusiones de magma que se genera en focos caloríficos puntuales.
7. YACIMIENTOS MINERALES LIGADOS AL METAMORFISMO.
Los cambios que se producen durante el metamorfismo por variaciones en la presión y temperatura pueden dar lugar a la formación de minerales de interés económico, como grafito, talco, asbesto, granates, etc.
El grafito se forma por metamorfismo de carbón. Es un mineral muy usado en la fabricación de baterías, como lubrificante, etc.
El asbesto se forma por metamorfismo de rocas básicas, y aunque su uso ha disminuido considerablemente, al habérsele catalogado como un compuesto cancerígeno, es un mineral que se sigue explotando por su resistencia al calor.
Los granates se utilizan fundamentalmente como abrasivos y, cuando son de mucha calidad, se emplean en joyería como piedra semipreciosa. Son minerales de origen metamórfico, especialmente en rocas de moderado a alto grado de metamorfismo.
CONCLUSIÓN.-
CONTEXTUALIZACIÓN.-
- 1º ESO. Ciencias de la Naturaleza. Bloque 3: Materiales terrestres.
- 4º ESO. Biología y Geología. Bloque 2: La Tierra , un planeta en continuo cambio.
- 1º Bat. Biología y Geología. 5. Geodinámica y procesos petrogenéticos.
- 2º Bat. Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente. 3. Los sistemas terrestres.
BIBLIOGRAFÍA.-
- F. López y otros. “Geología” Ed. Mc Graw Hill
- F. Anguita “Procesos geológicos internos” Ed. Rueda
- J.M. Velasco y otros. “Geología” Ed. Editex
