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Definiciones C:4*,p:37 C:12,p:80-81 C:5,p:98 C:19p: 432 C:16 p: 475 Condiciones del Metamorfismo C:19 C:17 Clasificacin de las rocas metamrficas

C:19 C:16

Relaciones de Equilibrio. La Regla de las Fases Mineralgica, Sistemas cerrados y abiertos

C:8,p:212 C:19 C:18

Diagramas ACF C:19 C:16 Zona y facies metamrficas. C:7,p:79-90 C:12,p:85-86 C:3,p:71 C:18

ROCAS METAMRFICAS

CONCEPTOS BSICOS

Las rocas metamrficas son el resultado de la transformacin de una roca (protolito) como resultado de la adaptacin a unas nuevas condiciones ambientales que son diferentes de las existentes durante el periodo de formacin de la roca premetamrfica. La modificacin del protolito tiene lugar esencialmente en estado slido (s.l.), y consiste en recristalizaciones, reacciones entre minerales, cambios estructurales, transformaciones polimrficas, etc., asistidas por una fase fluida intergranular. Los factores que desencadenan el proceso metamrfico son los cambios de temperatura y presin, as como la presencia de fluidos qumicamente activos.

La clasificacin de las rocas metamrficas se basa, fundamentalmente, en la composicin mineralgica, en la textura (el factor ms importante es el tamao de grano y la presencia o ausencia de foliacin) y en el tipo de roca inicial antes del producirse el proceso metamrfico.

Definicin

El metamorfismo consiste, en el acomodamiento mineralgico y estructural de las rocas slidas a las condiciones fsicas y qumicas, reinantes a profundidades inferiores a las zonas superficiales de meteorizacin y cementacin y que son distintas de las condiciones bajo las cuales se formaron estas rocas.

Clasificacin de las rocas metamrficas

Con respecto a esto necesitamos algunos pocos trminos que son tiles en la discusin de la qumica de los procesos metamrficos. Hay tres grandes divisiones en las rocas metamrficas, basadas en extensas observaciones de campo. Estas son:

a) Rocas de metamorfismo regional b) Rocas de metamorfismo trmico o de contacto. c) Rocas de metamorfismo de impacto. a) Las rocas metamorfizadas regionalmente, son aquellas que

se presentan en grandes reas y no tienen una aparente relacin a rocas intrusivas.

b) Las rocas metamorfizadas termalmente, son aquellas formadas localmente cerca de los contactos de cuerpos intrusivos

a) Metamorfismo Local

1. Metamorfismo de contacto 2. Metamorfismo dinmico 3. Metamorfismo de choque (impacto)

b) Metamorfismo Regional

1. Metamorfismo dinamotrmico 2. Metamorfismo de soterramiento

FBRICA Y TEXTURA DE LAS ROCAS METAMRFICAS

FABRICA

DOMINIO CRISTALO

BLASTICO RELICTICO CATACLAST

ESTRUCTURA ANISOTROPA PLANAR

Clivaje Esquistosidad Foliacin

Blasto-estratificada

Blasto-gradada

Lenticular Catacintada

LINEAL

Prismolineacin Blasto-fluidal Estras de friccin

ISOTROPA Maciza Maciza Maciza

GRADO DE CRISTALINIDAD (TAMAO DE GRANO)

En el caso de las rocas metamrficas se considera el tamao medio de los cristales, esta propiedad es (s.l.) indicativa del grado metamrfico

alcanzado; un mayor grado de cristalinidad indica que las rocas alcanzaron mayor grado metamrfico.:

BAJO. Son rocas en las cuales los cristales no son identificables a simple vista (p.ej. algunas pizarras).

MEDIO. Son rocas en las cuales los cristales son identificables a simple vista o con una lupa (p.ej. un esquisto).

ALTO. Son rocas en las cuales los cristales han alcanzado un tamao notable.

FORMA y DISTRIBUCIN DE TAMAOS DE LOS CRISTALES

En este apartado se describen los principales tipos de texturas de las rocas metamrficas, que, habitualmente, deben establecerse con la ayuda de un microscopio, no obstante el alumno deber de tratar de identificarlas, en la medida de lo posible, mediante la observacin de las muestras de mano.

GRANOBLSTICA. El tamao de todos los cristales es parecido y forman un mosaico de granos con tendencia al empaquetado hexagonal, suele ser caracterstica de las rocas metamrficas monominerales (cuarcitas, mrmoles, etc.) y de las corneanas, es decir, de rocas metamrficas que se formaron bajo condiciones estticas.

LEPIDOBLSTICA. Esta definida un apilamiento de minerales planares (micas), los cuales estn orientados de forma que sus caras planares son paralelas entre s. Suele ser caracterstica de las rocas metamrficas micaceas (esquisitos, micacitas, algunos gneises, etc.).

NEMATOBLSTICA. Es similar a la lepidoblstica, slo que en este caso el apilamiento no es de minerales con hbito planar sino acicular. Suele ser caracterstica de las anfibolitas.

PORFIDOBLSTICA. Cuando se observa una serie de cristales de gran tamao (porfidoblastos) englobados en una matriz compuesta por granos de un tamao sensiblemente menor, es decir, existen dos poblaciones distintas de cristales. Generalmente, los porfidoblastos son minerales ndice que nos indican las condiciones que se alcanzaron durante el metamorfismo. Por consiguiente, es importante su identificacin.

MICROESTRUCTURAS

Cuando el proceso metamrfico se produce bajo condiciones de presiones dirigidas y existen minerales que puedan desarrollar un hbito planar o prismtico, stos suelen crecer orientados, disponindose perpendiculares a la direccin desde la que se ejercen las presiones mximas.

Desarrollndose en este caso una fbrica planar en la roca denominada foliacin (las rocas suelen fracturarse siguiendo los planos de foliacin). Existen diferentes tipos de foliacin, dependiendo del grado de metamrfico alcanzado y de la mineraloga de la roca inicial:

PIZARROSIDAD. Este tipo de foliacin est definida por la cristalizacin orientada de minerales planares muy pequeos, no visibles a simple vista (fundamentalmente micas). La pizarrosidad es caracterstica de condiciones de bajo grado metamrfico (baja P y T).

ESQUISTOSIDAD. Cuando aumenta el grado metamrfico los minerales planares aumentan de tamao y son visibles a simple vista. En algunos casos en las superficies de foliacin se observan grandes placas de micas, que le dan un aspecto escamoso. La esquistosidad es caracterstica de condiciones de grado metamrfico medio - alto.

BANDEADO GNISICO. Durante el metamorfismo en grado alto las migraciones inicas pueden ser lo suficiente grandes como para causar, adems de la orientacin de los minerales con hbito planar, la segregacin de minerales en capas. Estas segregaciones producen bandas de minerales claros y oscuros, que confieren a las rocas metamrficas un aspecto bandeado muy caracterstico. A este conjunto lea denominamos bandeado gnesico, y es propio del metamorfismo de alto grado.

ESQUISTOSIDAD de CRENULACIN. Cuando la roca ha sido sometida a dos procesos de deformacin diferentes separados en el tiempo, es decir, a dos direcciones de compresin diferentes es posible observar dos sistemas de foliaciones que se cortan entre s. Generalmente una de ellas est plegada, definiendo una serie de pequeos arcos poligonales.

El tipo de foliacin est tambin relacionado con el tamao de grano y, por tanto, con el grado de metamorfismo que ha sufrido la roca. Las rocas que presentan pizarrosidad tienen el grano muy fino o fino, las que presentan esquistosidad tienen el grano grueso y, por ltimo, las que tienen bandeado gnisico definido tienen el grano grueso o muy grueso.

LA COMPOSICIN MINERALGICA DE LAS ROCAS METAMRFICAS

La composicin qumica de la rocas metamrficas es muy variada, debido a que el metamorfismo es un proceso en el que no vara de forma apreciable la composicin qumica premetamrfica y, por tanto, tenemos tantas posibles composiciones como diferentes tipos de rocas sedimentarias e gneas. Generalmente, se establecen cuatro series composicionales en funcin del grupo litolgico - geoqumico de rocas de las que procede la roca metamrfica.

Serie Rocas preexistentes

Ultramficas R. gneas ultramficas

Mficas R. gneas mficas

Peltico - grauvquicas

R. sedimentarias ricas en Si y Al.

Calcolsilicatadas R. seddimentarias carbonatadas

No obstante, durante el proceso metamrfico s se producen importantes cambios en la mineraloga entre la roca inicial premetamrfica y el producto final. Muchos de los minerales que se forman durante el metamorfismo slo pueden formarse en unos intervalos presin, temperatura o P/T muy restringidos. A estos minerales que pueden darnos informacin sobre las condiciones de presin y temperatura que alcanz una roca durante el metamorfismo, se les denominan minerales ndices.

Por lo tanto, podemos concluir que la composicin mineralgica de una roca metamrfica va a depender de la composicin de la roca inicial, y del grado de metamorfismo que haya alcanzado. Siendo el objetivo del estudio de las rocas metamrficas establecer con precisin esos dos parmetros: tipo de protolito y condiciones metamrficas desarrolladas.

MINERALES NDICE METAMRFICOS

Segn el orden de temperatura creciente, los minerales ndices de metamorfismo ms comunes son: clorita, biotita, andalucita y sillimanita. Por ejemplo, en condiciones de metamorfismo de bajo grado, cristalizan principalmente filosilicatos del grupo de las micas como clorita, biotita y moscovita.

Minerales ndice Muestra de mano Microscopio

Clorita (grupo de las cloritas) A4-6Z4O10(OH,O)2 A = Al, Fe2+, Fe3+, Li, Mg, Mn2+, Ni, Zn Z = Al, B, Fe3+, Si

Granate

A3B2(SiO4)3 o A3B2(SiO4)3 - x(OH)4X

A = Ca, Fe2+, Mg, Mn2+

B = Al, Cr3+, Fe3+, Mn3+, Si, Ti, V3+, Zr

Si es parcialmente

reemplazado por Al y Fe3+

Feldespatos KAlSi3O8

XZ4O8

X: Ba, Ca, K, Na, NH4, Sr

Z: Al, B, Si

Biotita

K(Mg,Fe2+)(Al,Fe3+) Si3O10(OH,F)2

Moscovita

KAl2(Si3Al)O10(OH,F)2

Sillimanita

Al2SiO5

Distena o Cianita

Al2SiO5

Andalucita

Al2SiO5

Estaurolita

(Fe2+)2 Al9O6(SiO4)4(O,OH)2

Cloritoide

Anfboles (glaucofana)

CLASIFICACIN DE LAS ROCAS METAMRFICAS

La clasificacin de las rocas metamrficas es muy compleja, aunque de una manera muy simplificada podemos basarla en la presencia o ausencia de foliacin y en la composicin mineralgica. De esta forma podemos establecer dos grandes grupos: las rocas foliadas y las no foliadas.

ROCAS FOLIADAS. A su vez, las rocas foliadas pueden subdividirse, en funcin del tipo de foliacin, tamao de grano, y minerales ndice.

PIZARRA. Roca de grano muy fino, con minerales planares abundantes. Las pizarras son propias de metamorfismo de bajo grado (protolito: rocas detrticas de grano fino).

ESQUISTO. Roca de grano grueso que contiene ms de un 20% de minerales planares. Es una roca caracterstica del metamorfismo de grado medio (protolito: varios tipos de rocas detrticas y volcnicas). En funcin del mineral ndice que presente, podemos establecer: esquistos biotticos, esquistos con cloritoide, esquistos con estaurolita, esquistos anfblicos (esquistos verdes), esquistos granatferos, etc...

GNEIS. Roca de grano grueso, que presenta minerales alargados y granulares en las bandas claras y planares en las oscuras. Es propia del metamorfismo de alto grado (protolito: granitos --> ortogneis, ortogneise glandularres; rocas sedimentarias -- paragneis).

ROCAS NO FOLIADAS. Generalmente estn compuestas por un solo mineral (monominerales) cuyos cristales se caracterizan por tener un hbito equidimensional. Las rocas metamrficas no foliadas ms caractersticas son:

MRMOL. Roca metamrfica de grano grueso, compuesta por granos de calcita. Esta roca proviene del metamorfismo de calizas o dolomas. Las impurezas pueden darle diferentes coloraciones.

CUARCITA. Roca metamrfica compuesta por granos de cuarzo, que proviene del metamorfismo de areniscas ricas en cuarzo. En algunos casos, las estructuras sedimentarias de las areniscas (estratificaciones cruzadas,...) se conservan dando lugar a bandeados.

CORNEANAS. Son rocas que han sufrido metamorfismo de contacto y no tienen fbrica planar, pero si minerales ndice desarrollados en mayor o menor grado.

Existen otros tipos importantes de rocas metamrficas, que pueden aparecer foliadas o no, entre las que se encuentran eclogitas, anfibolitas y las granulitas, que no se describirn en esta introduccin a la Geologa.

Metamorfismo de Contacto o Trmico: es cuando se produce reacciones trmicas en las rocas por contacto con un intrusivo debido a la gran diferencia de temperatura entre este ltimo y la roca de caja. La temperatura vara entre 300 -650 C a temperaturas de fusin. Si la roca es reactiva (por ejemplo calizas) puede haber metasomatismo; esto significa que hay intercambio entre el material gneo y la roca de caja.

Metamorfismo Dinmico o de Dislocacin: corresponde a fenmenos de destruccin mecnica bajo la accin de la presin estrs, de rocas existentes en zona de fractura, o plegamiento intenso, en rocas de baja plasticidad. En este tipo de metamorfismo, dominan los procesos de deformacin denominados cataclasis (dominio cataclstico). Temperatura variable entre 100 a 700^C, presin estrs de 1000 a 3000 bars (1 km de profundidad = 300 bars).

Metamorfismo Regional dinamotrmico: abarca grandes reas, de centenares de kilmetros. Influye a veces en forma importante la presin estrs. Temperatura entre 300 a 800 C - presin litost.:3000 a 10000 bars - Profundidad entre 10 y 35 km.

RELACIONES DE EQUILIBRIO El metamorfismo es un ajuste progresivo de las rocas a las

temperaturas y presiones cambiantes. Idealmente una roca de una composicin inicial las reacciones metamrficas podran dar una secuencia de arreglos minerales, cada uno representando un conjunto en equilibrio estable para un cierto rango de temperatura y presin. Algunas reacciones lentas pueden evitar lograr algn equilibrio y la impregnacin de las rocas por los fluidos puede cambiar la composicin de su masa y por lo tanto alterar los arreglos. Pero de todas formas es importarte considerar los procesos metamrficos en trminos de un equilibrio ideal.

La Regla de las Fases Mineralgica, Sistemas cerrados y abiertos La regla de las Fases puede ayudar a conocer el nmero mximo de

minerales que pueden existir en equilibrio para una determinada composicin.

w = c + 2 - donde: w: es la varianza del sistema (nmero de grados de libertad) c: componentes : nmeros de fases N 2 de la ecuacin: este nmero est determinado suponiendo que

las variables intensivas que se requieren para escribir el estado del sistema consisten nicamente en presin y temperatura

Variables intensivas: Presin, Temperatura y fracciones molares de

los componentes en las fases. Variables extensivas (o de capacidad): masa, volumen Como un simple ejemplo, se puede considerar el sistema de tres

componentes CaO - MgO - SiO2. A diferentes temperaturas y composiciones metamrficas pueden dar arreglos tales como:

a. Enstatita, wolastonita y cuarzo. (MgSiO3 - CaSiO3 - SiO2) b. Enstatita, diopsido y cuarzo. (MgSiO3 - Ca(Mg, Fe)Si2O6 - SiO2) c. Diopsido, forsterita y periclasa. (Ca(Mg, Fe)Si2O6 - Mg2SiO4 - )

Pero el nmero de minerales coexistiendo o componentes jamas

podra ser mayor de 3.

En una lutita ordinaria, arcosa o lava, el nmero de componentes principales es mayor, generalmente 7 u 8 y el posible nmero de minerales coexistentes podra ser correspondientemente ms grande.

Una sustancia voltil podra contarse como un componente si

estuviera presente en cantidades limitadas y si estuviera confinada dentro de un Sistema Cerrado. Supongamos que agregamos al sistema de tres componentes (CaO - MgO - SiO2) el CO2. Se presume que CO2 est determinado por el equilibrio en la reaccin siguiente:

CaCO3 + SiO2 CaSiO3 + CO2 Entonces la Calcita o dolomita podran aparecer como una cuarta fase

slida junto con los minerales silicticos. Ej.: Enstatita, wolastonita, cuarzo y calcita. DIAGRAMA ACF Es importante tener algunos mtodos rpidos para representar

posibles grupos minerales obtenidos de diferentes proporciones de algunas rocas metamrficas.

El problema es el que hemos encontrado antes: cmo representamos variaciones en 7 u 8 componentes en un diagrama de dos dimensiones?. Una solucin conveniente es reducir el nmero de variables significativas a travs de la combinacin de los componentes en grupos y seleccionar los ms importantes. Se han intentado varias vas, las ms til ha sido la de los Diagramas ACF (Eskola, 1939).

Para construir un diagrama ACF de un anlisis qumico involucra los

siguientes pasos: Recalcular los porcentajes en peso de los xidos a porcentajes

moleculares. No prestar atencin a los constituyentes de los minerales

accesorios y Al2O3 en los feldespatos alcalinos (en otras palabras, sustraer de los porcentajes de Al2O3 una cantidad equivalente a la que se combina con Na2O y K2O en Na2O.Al2O3.6SiO2 y K2O.Al2O3.6SiO2)

Sumar el Al2O3 restante al Fe2O3 para obtener una cantidad denominada A.

Ubicar el CaO en C. Ubicar en F la suma de MgO + FeO + MnO. Recalcular A + C + F al 100% y graficar en un diagrama triangular. Ej.: Expresin xidos Porcentajes ReclculoA Al2O3 + Fe2O3 12 19C CaO 20 32

F MgO + FeO + MnO 30 48Total 62 100

El clculo asume que el Slice y los Feldespatos alcalinos estn presentes en exceso. Por lo tanto no son significante como fases diferenciadoras entre grupos de minerales.

ZONA Y FACIES METAMRFICAS. Como la presin y temperatura, las principales condiciones fsico-

qumicas que rigen el metamorfismo, estn sujetas a variaciones al ir aumentado la profundidad, es de esperar alguna conexin general, entre la profundidad y la paragnesis mineral.

La clasificacin de Grubernmann, adoptada por Niggli, se basa en la composicin qumica y en la profundidad del metamorfismo. Se definen tres zona de profundidad:

1. Zona Superior o Epizona: metamorfismo mecnico y

qumico que origina principalmente silicatos hidratados. Temperatura baja a moderada. Presin hidrosttica baja en general. Tensin no hidrosttica (estrs) alta con frecuencia, pero que falta a veces. Minerales tpicos son Sericita, clorita, calcita, etc.

2. Zona Intermedia o Mesozona: metamorfismo qumico principalmente, temperatura y presin ms elevada que en la zona anterior. Tensin no hidrosttica (estrs) muy elevada con frecuencia. Minerales tpicos son biotita, muscovita, estaurolita, hornblenda, epidoto, calcita, plagioclasas sdicas.

3. Zona Inferior o Catazona: recristalizacin qumica de larga duracin acompaada generalmente de deformacin. Principalmente Temperatura muy elevada y presin hidrosttica muy alta por lo general. Tensin no hidrosttica (estrs) menos intensa que en las otras dos zonas, faltando a veces por completo. Minerales tpicos son biotita, feldespato potsico, silimanita, hornblenda, epidoto, granates (almandino, piropo, grosularia, andradita), plagioclasas clcicas.

La clasificacin fue ampliada por Niggli para los productos del

metamorfismo de contacto. Lo hizo de la siguiente forma: Incluy en la epizona, independiente de su profundidad real, el

metamorfismo de contacto de baja temperatura, es decir el que est en la zona externa de la aureola.

Incluy en la catazona, independiente de su profundidad real, el

metamorfismo de contacto de alta temperatura, es decir el que est en la zona interna de la aureola.

Barrow en estudios realizados en Escocia sobre una zona de

esquistos, determin una serie de zonas de metamorfismo regional progresivo, basado en las transformaciones mineralgicas de derivados de sedimentos pelticos (arcillosos). Relacion estas zonas con la temperatura y presin crecientes. Las variaciones mineralgicas en los miembros pelticos, es correlativa de las variaciones de temperatura y en menor grado de la presin. Esta variacin refleja el cambio continuo en el grado de

metamorfismo que corresponde a un gradiente de temperatura-presin. Cada zona de metamorfismo progresivo est definida por un mineral ndice, cuya primera aparicin (al pasar de un grado inferior a otro superior) marca la isograda que define el lmite exterior de la zona en cuestin. La secuencia de minerales ndices, en grado de orden creciente de metamorfismo, es la siguiente:

Clorita, biotita, almandino, estaurolita, distena y silimanita. La Escuela Francesa establece un esquema de zonas basado en la

estructura y en la mineraloga de los esquistos pelticos y de los gneis. Estas zonas ests correlacionadas con la profundidad estimada.

1. 1.Zona no metamrfica: Pizarras. Profundidad de 0 a 4000 m. 2. 2.Zona de las micacitas superiores: Esquistos sericticos. Profundidad de

4000 a 7000 m. 3. 3.Zona de las micacitas inferiores: Esquistos de biotita y muscovita.

Pueden estar presentes granates estaurolita y distena. Profundidad de 7000 a 10000 m.

4. 4.Zona de los gneis superiores: mineraloga similar a la zona anterior, pero con estructura gnisica. Profundidad de 10000 a 14000 m.

5. 5.Zona de los gneis inferiores: gneis de biotita-silimanita-granate, sin muscovita. Profundidad de 14000 a 20000 m.

Zonas en rocas no pelticas: Han sido cartografiadas zonas de metamorfismo regional progresivo

para otras rocas que no son sedimentos pelticos. La correlacin de estas zonas con las zonas isogrdicas en los

esquistos pelticos esta representada en el siguiente cuadro. Interpretacin de zonas Zonas de metamorfismo de contacto Facies Metamrficas Se ha definido una Facies Metamrficas, en trminos puramente

geolgicos, como una serie de asociaciones minerales metamrficas ajustada a las siguientes especificaciones:

1. Alguna o todas las asociaciones estn por lo comn asociadas en el

espacio y en el tiempo. Toda la asociacin tiende a repetirse en otras regiones y en rocas de diferentes edades.

2. La composicin mineral de cada asociacin es estrictamente funcin de la composicin global.

3. El nmero total de fases minerales esenciales en las rocas comunes de la facies, es en conjunto, relativamente pequeo, una docena tal vez. Cada asociacin consiste en un nmero limitado de estas fases (de a 6).

4. No hay testimonios texturales u otros, de sustitucin mutua entre minerales de la misma facies.

Una facies metamrfica est definida por el conjunto de asociaciones minerales. Muchas de estas asociaciones son comunes a dos o ms facies.

Interpretacin Cada facies corresponde a un metamorfismo que ha tenido lugar en

un campo particular de condiciones fsicas. Las asociaciones minerales ideales que constituyen una facies,

representan sistemas que alcanzaron el equilibrio durante el metamorfismo. Representacin Grfica Los tres componentes en que Eskola bas sus diagramas triangulares

ACF son: Al2O3, CaO y (Mg, Fe)O Para rocas con exceso de SiO2 y deficitaria en el se han construido

diagramas especiales, lo mismo que para otros xidos.