GEOLOGÍA TEMA 4.- LOS PROCESOS GEOLÓGICOS EXTERNOS Y LAS ROCAS SEDIMENTARIAS

Transcripción

1 GEOLOGÍA TEMA 4.- LOS PROCESOS GEOLÓGICOS EXTERNOS Y LAS ROCAS SEDIMENTARIAS LOS PROCESOS GEOLÓGICOS EXTERNOS Los procesos geológicos externos son los cambios que se producen en la superficie terrestre como consecuencia de la acción de determinados agentes geológicos, como el agua, el viento, el hielo, los seres vivos, etc. Los procesos geológicos externos son cuatro: Meteorización Erosión Transporte Sedimentación LA METEORIZACIÓN Se define la meteorización como el conjunto de cambios que experimentan las rocas de la superficie terrestre como consecuencia de la acción de la atmósfera, del agua y de los seres vivos y que dan como resultado una serie de cambios tanto físicos como químicos. Se trata de un proceso estático, cuyo resultado es la disgregación de las rocas o la variación de su composición química (la erosión, por el contrario, es un proceso de desgaste de las rocas que implica un desplazamiento de materiales por parte del agua o del viento, y es por tanto un proceso dinámico). El grado de meteorización depende de la composición de las rocas, las características climáticas y el tiempo de exposición a las condiciones que provocan la meteorización. La meteorización puede ser de tres tipos: a) Meteorización mecánica o física b) Meteorización química c) Meteorización biológica a).- Meteorización mecánica o física La meteorización mecánica consiste en la fragmentación de las rocas sin que se altere su composición química. La meteorización física se puede producir por descompresión, gelifracción y por cambios de temperatura. 1

2 Descompresión.- La disminución de la presión a la que está sometida una roca produce su fragmentación. Por este proceso se generan bloques de distintos tamaños que se desprenden de la roca. La disminución de la presión se puede producir por la erosión de las rocas suprayacentes que la cubren. Gelifracción.- En climas fríos, el agua que penetra en las grietas de las rocas, al bajar la temperatura, puede llegar a congelarse, aumentando su volumen. Esto somete a la roca a un efecto cuña. Al aumentar la temperatura de nuevo, el hielo se licua, disminuyendo el volumen y la presión sobre la roca. Este proceso de congelaciones y deshielos sucesivos acaba ensanchando la grieta y termina por romper la roca, fenómeno que se conoce como crioclastia. Cambios de temperatura.- En climas desérticos o de alta montaña existen grandes diferencias de temperatura entre el día y la noche: durante el día las rocas se calientan y se dilatan, aumentando su volumen; durante la noche se enfrían y contraen, disminuyendo su volumen. La repetición de este fenómeno termina por agrietar y romper la roca, fenómeno que se conoce como termoclastia b) Meteorización química Es la meteorización que produce la alteración química de las rocas. Dos factores facilitan este tipo de meteorización: la humedad atmosférica y la temperatura. A mayor humedad, mayor meteorización química, ya que en casi todos los procesos interviene el agua. A mayor temperatura, mayor alteración, ya que aumenta la velocidad de la reacción Existen distintos tipos de meteorización química: Hidrólisis: Produce la alteración de los minerales por la acción de los iones H + y OH - presentes en el agua, favoreciendo los procesos de disgregación de las rocas. Mediante este proceso se produce la mayor parte de los materiales arcillosos. Disolución: El agua puede disolver algunos tipos de rocas, sobre todo las evaporitas (yeso, halita) lo que da lugar a formación de acanaladuras en la superficie de las mismas. La carbonatación es un caso especial de disolución que afecta a las rocas calizas. En este proceso el agua y el dióxido de carbono de la atmósfera reaccionan formando ácido carbónico. 2

3 C0 2 + H 2 0 H 2 CO 3 Ácido carbónico El ácido carbónico reacciona con el carbonato cálcico que forma las rocas calizas dando lugar a bicarbonato cálcico soluble CaCO 3 + H 2 CO 3 Ca (HCO 3 ) 2 Bicarbonato cálcico La carbonatación es la responsable del modelado kárstico, como el que se da en el Torcal de Antequera o en la Ciudad Encantada de Cuenca. Oxidación: Es la alteración química que produce la reacción del oxígeno del aire con ciertos elementos presentes en las rocas. El caso más significativo es la oxidación de minerales que contienen hierro, lo que da como resultado óxidos de hierro que dan a las rocas un aspecto rojizo característico de este tipo de meteorización. Hidratación Ciertas rocas y minerales pueden incorporar agua aumentando su volumen, cambiando sus características y facilitando la disgregación de las rocas. Es el caso de la hidratación de la anhidrita, que da lugar a yeso: CaSO 4 + 2H 2 0 CaSO 4.2H 2 0 Anhidrita Yeso c).- Meteorización biológica Es la meteorización que producen los seres vivos. Puede tener efectos mecánicos (Ej.- raíces de las plantas) o químicos (Ej.- generación de ácidos por parte de líquenes, hongos y bacterias) El efecto conjunto de los tres tipos de meteorización es que se produce la disgregación de la roca, permitiendo su posterior erosión y transporte por los agentes geológicos. LA EROSIÓN Es el desgaste de las rocas producido por el agua o el viento. Depende del tiempo de exposición a los agentes geológicos y de la composición de las rocas. Si previamente se ha producido la meteorización, el proceso de erosión resulta más fácil. La erosión se produce de dos maneras: 3

4 Desprendimiento de partículas de roca por la fuerza del agua o del viento. Abrasión de las rocas, proceso en el que las partículas sólidas que transportan el agua y el viento chocan contra la superficie de las rocas produciendo el desprendimiento de partículas de las mismas. EL TRANSPORTE Es el traslado de los materiales que resultan de la meteorización y la erosión. El transporte puede ser realizado por el agua o por el viento mediante diferentes mecanismos dependiendo del tamaño de las partículas: Arrastre o reptación. Las partículas más grandes y pesadas, como las piedras son arrastradas rodando por el sustrato. Saltación. Las partículas de tamaño mediano, como las piedras pequeñas o la arena, cuando impactan contra el suelo, rebotan y vuelven a caer repetidamente. Suspensión. Las partículas más pequeñas se transportan suspendidas en el agua o en el viento Disolución (solo en el caso del transporte por el agua). Cuando las partículas transportadas se encuentran disueltas en el agua El agua es el agente geológico más relevante y el que produce mayor diversidad de modelados. El viento es un agente modificador del paisaje especialmente importante en las zonas de clima seco, como los desiertos. En estas zonas, el viento sopla con fuerza generando el modelado eólico. 4

5 LA SEDIMENTACIÓN Consiste en la acumulación de los materiales transportados por el agua o el viento cuando éstos pierden fuerza. La sedimentación puede producirse de manera repentina, y los sedimentos de distintos tamaños quedan mezclados, como es el caso de la sedimentación glaciar; o bien, puede producirse una sedimentación gradual, de forma que primero se depositan los sedimentos de mayor tamaño y, después, los más pequeños, como es el caso de la sedimentación producida por los ríos y por el viento. La sedimentación en un sistema eólico típico da como resultado la formación de diferentes zonas alrededor de un macizo montañoso en una zona desértica, tal como se puede apreciar en el esquema de la página anterior. (Los loes son depósitos de partículas de menor tamaño que la arena y dan lugar a suelos arcillosos muy fértiles, como los que se encuentran en las extensas llanuras de Asia central) Los ambientes sedimentarios. El lugar físico donde un agente geológico deposita sedimentos en unas determinadas condiciones recibe el nombre de ambiente sedimentarlo. Los ambientes sedimentarios se pueden agrupar en tres tipos: continentales, marinos y de transición. 5

6 Ambientes sedimentarios continentales.- Son los situados sobre los continentes. Se clasifican según el agente geológico que realiza la sedimentación: Fluviales. Aquellos en los que el agente de transporte es un río. Tiene lugar en el curso medio y sobre todo en el curso bajo del río, donde el agua pierde fuerza y deposita los materiales que transporta. Aluviales. Zonas donde los arroyos y torrentes depositan sus sedimentos. Lacustres. Los fondos de los lagos. En algunos casos de intensa evaporación se pueden formar rocas evaporitas. Glaciares. Zonas de sedimentación de materiales transportados por el hielo. Los sedimentos glaciares no presentan una separación por tamaño de los materiales depositados ya que son transportados por un medio sólido. Eólicos. Zonas de acumulación de materiales transportados por el viento. Cuando el viento pierde intensidad, los materiales transportados se depositan formando depósitos eólicos como las dunas. Ambientes sedimentarios marinos.- Situados bajo el mar. Se clasifican según su posición geográfica: Plataformas continentales. Zonas sumergidas de los continentes. Son áreas extensas y de intensa sedimentación. Taludes continentales. Son las pendientes que unen las plataformas continentales con los fondos abisales. Abisales. Son los extensos fondos oceánicos. La sedimentación en estos medios es poco intensa, sobre todo lejos de los continentes. Ambientes sedimentarios de transición.- Son aquellos que se encuentran en la zona de límite entre el continente y el mar. Entre estos ambientes destacan las playas y los deltas. Playas. Depósitos de arena y grava acumulados por el oleaje en la costa. Deltas. Extensas acumulaciones de arena y limos aportados por un río en su desembocadura. La acumulación de sedimentos en los ambientes sedimentarios da lugar a la formación de las rocas sedimentarias. 6

7 ROCAS SEDIMENTARIAS Las rocas sedimentarias se clasifican en: Rocas detríticas Rocas carbonatadas Rocas evaporitas Rocas organógenas Rocas detríticas. Las rocas detríticas se forman por procesos de deposición de partículas sólidas (fragmentos de rocas) en un medio sedimentario. A diferencia del resto de las rocas sedimentarias, los materiales que forman las rocas detríticas han sido transportados hasta el medio sedimentario por un agente geológico (viento, agua o hielo). Durante el transporte, los fragmentos, llamados clastos, sufren un desgaste que depende de la energía del transporte, del tiempo, de la distancia recorrida y de la propia naturaleza de los clastos, los cuales se van redondeando y van reduciendo su tamaño. Las principales cuencas sedimentarias son las cuencas marinas de las plataformas continentales, en las que se acumulan los sedimentos arrastrados desde los continentes por los ríos. Estos sedimentos se acumulan, por tanto, en un medio acuático, de manera que el agua queda atrapada entre los clastos. El peso de los sedimentos provoca la compactación de los clastos y la expulsión de gran parte del agua, quedando solo el agua intersticial. Las condiciones de presión y temperatura a que se ven sometidos los clastos compactados provocan la precipitación de los iones que contiene en disolución el agua intersticial, dando lugar al cemento, que une los clastos entre sí dando lugar a la roca sedimentaria detrítica. Se puede decir por tanto que el proceso de formación de las rocas sedimentarias detríticas, llamado litificación o diagénesis, consta de dos fases: compactación y cementación 7

8 Las rocas sedimentarias detríticas se clasifican atendiendo al tamaño y forma de sus clastos en: Los conglomerados. Están formadas por clastos de gran tamaño, como los cantos y las gravas. La forma de los clastos nos indica el tipo de transporte que han sufrido: si los clastos son redondeados indican que han sufrido un transporte largo, como puede ser el producido por un río, si los clastos son angulosos han sufrido un transporte más corto y en este caso los conglomerados reciben el nombre de brechas. Las areniscas. Los clastos que las constituyen son granos de arena. Las areniscas se usan como materiales de construcción, y las que son ricas en granos de cuarzo se funden para elaborar el vidrio. Los limos y las arcillas. Los clastos que las constituyen son más pequeños que los granos de arena. Constituyen la materia prima de muchos materiales de construcción (ladrillos, tejas, azulejos, etc.); también se utilizan en la fabricación del cemento. El caolín es una arcilla blanca con la que se elaboran las porcelanas. Las rocas detríticas son las rocas sedimentarias más abundantes. 8

9 Rocas carbonatadas Las rocas carbonatadas son rocas formadas mayoritariamente por carbonato cálcico (rocas calizas). Otras rocas carbonatadas son las margas (compuestas por carbonato cálcico y arcilla) y las dolomías (compuestas por carbonato de calcio y magnesio) Tanto la formación como la clasificación de rocas carbonatadas es mucho más compleja que en las rocas detríticas. Sin embargo, los estudiosos han prestado mucha atención a este tipo de rocas por dos razones: Son la segunda clase más abundante de rocas sedimentarias. Junto con las rocas detríticas, son las rocas sedimentarias más importantes como roca almacén de petróleo. Las rocas calizas Las rocas calizas tienen en su mayor parte un origen relacionado con la actividad biológica. Numerosos organismos acuáticos, tanto macroscópicos (bivalvos, gasterópodos ) como microscópicos (foraminíferos), utilizan el carbonato de calcio para construir su esqueleto, debido a que se trata de un compuesto abundante en las aguas superficiales de los océanos y lagos. Tras la muerte de esos organismos, se produce en muchos entornos la acumulación de esos restos minerales en cantidades tales que llegan a constituir sedimentos que son el origen de la gran mayoría de las calizas existentes. Actualmente limitada a unas cuantas regiones de las mareas tropicales, la sedimentación calcárea fue mucho más importante en otras épocas. Las calizas que se pueden observar sobre los continentes se formaron en épocas caracterizadas por tener un clima mucho más cálido que el actual, cuando no había hielo en los polos y el nivel del mar era mucho más elevado. Amplias zonas de los continentes estaban en aquel entonces cubiertas por mares poco profundos. 9

10 Las tobas calcáreas son un tipo de calizas especiales. Se producen cuando la precipitación del carbonato cálcico tiene lugar alrededor de los tallos de las plantas en fuentes o zonas de encharcamientos y/o remansos de los ríos (juncos, etc.). Después de la precipitación del carbonato cálcico el contenido orgánico interno se pudre y desaparece, lo cual confiere a estas rocas una elevada porosidad. Bajo la acción del agua, ya sea superficial o subterránea, las formaciones de calizas desarrollan los denominados procesos kársticos, que implican la disolución de las rocas con la formación de cuevas y así como la forma de relieve más característico, el torcal. Ejemplos de formaciones kársticas en España son el Torcal de Antequera, la Cueva de Nerja y la Ciudad Encantada de Cuenca. Utilización de la caliza La más extendida es en la industria cementera: el cemento más común, el de tipo Portland, es una mezcla finamente pulverizada de caliza y arcilla a la que después de calentada a altas temperaturas se le añade una pequeña cantidad de yeso para obtener el producto final, que es el cemento. Otra aplicación común, aunque actualmente en retroceso, es la obtención de cal (CaO), por calcinación: CaCO 3 + calor -> CaO + CO 2 Esta cal a su vez se utiliza para la limpieza y desinfección de fachadas (encalado), y como producto-base de otras aplicaciones en la industria química. Otra aplicación directa es como roca para construcción Por otra parte, como se ha dicho anteriormente, las rocas calizas son importantes como reservorio de petróleo, dada su gran porosidad 10

11 Rocas evaporitas Las evaporitas son rocas formadas por precipitación química de sales disueltas en el agua como consecuencia de un proceso de evaporación intensa en grandes lagos o mares poco profundos. Las rocas evaporitas representan menos del 1% del total de las rocas sedimentarias. Las rocas evaporitas se clasifican según su composición química: El yeso (CaSO 4.2H 2 O) es un sulfato de calcio hidratado. El yeso, como producto industrial, es sulfato de calcio hemihidratado (CaSO 4 ½H 2 O), y se comercializa molido, en forma de polvo. Es utilizado en construcción. La halita o sal común (NaCl) tiene muchas aplicaciones en diversas industrias (alimentaria, química, farmacéutica, etc.). 11

12 Rocas organógenas Se generan a partir de la transformación de materia orgánica. Las rocas organógenas son el carbón y el petróleo. El carbón. El carbón se formó, principalmente, cuando los extensos bosques de helechos gigantes que poblaban la Tierra hace unos 300 millones de años, en el periodo Carbonífero de la era Primaria, morían y quedaban sepultados en los pantanos en los que vivían. Al ser el terreno una mezcla de agua y barro muy pobre en oxígeno, no se producía la putrefacción habitual y, poco a poco, se fueron acumulando grandes cantidades de restos vegetales. Con el tiempo nuevos sedimentos cubrían la capa de restos vegetales, y por la acción combinada de la presión y la temperatura, la materia orgánica se fue convirtiendo en carbón, roca de color negro cuyo principal componente es el carbono. Se estima que una capa de carbón de un metro de espesor proviene de la transformación de más de diez metros de limos carbonosos Se distinguen distintos tipos de carbón: La turba es la primera etapa en el proceso de formación del carbón, tiene un aspecto esponjoso y en ella se distinguen todavía restos vegetales. Su contenido en carbono se aproxima al 50%. Con el tiempo, la turba se transforma en lignito, éste en hulla y finalmente la hulla se convierte en antracita, que contiene aproximadamente el 95% de carbono. El petróleo El petróleo es una sustancia oleaginosa de color pardo o negruzco que se forma por la acumulación de plancton en cuencas marinas. Estos restos se acumulan lentamente junto con los sedimentos detríticos de la cuenca, por lo que los pequeños restos de los organismos quedan atrapados en los poros de estas rocas. A causa de la presión y la temperatura, esta materia se 12

13 transforma en petróleo, el cual, debido a su baja densidad, tiende a aflorar hacia la superficie y se desplaza a través de los poros de las rocas hasta encontrar una capa impermeable que le impide continuar su desplazamiento, quedando atrapado en la llamada roca almacén. Por esta razón, el petróleo no se encuentra generalmente en la roca en la que se formó. En un yacimiento típico las rocas almacén están entre rocas que almacenan metano (por encima) y otras que almacenan agua salada (por debajo) Los yacimientos más importantes se localizan en Oriente Medio, América Central, América del Sur y en el norte de África, en estas regiones se concentra aproximadamente el 75 % de las reservas mundiales de petróleo. El petróleo se extrae en forma de crudo, formado por una mezcla de hidrocarburos gaseosos, líquidos y sólidos, el cual se somete a un proceso de refinado que consiste en una destilación fraccionada que permite obtener diversos productos: Productos gaseosos, como metano, propano y butano, utilizados como combustibles domésticos. Combustibles líquidos, como gasolina, gasóleo y queroseno Aceites pesados, que se emplean como lubricantes. Asfaltos y alquitranes, que se utilizan como recubrimientos y en pavimentación. Otros productos derivados del petróleo se utilizan como materias primas en la fabricación de plásticos, pinturas, etc. Características de las rocas sedimentarias. Entre las principales características distintivas de las rocas sedimentarias se pueden mencionar las siguientes: Estratificación. Aparecen en capas llamadas estratos: los sucesivos estratos corresponden a diferentes episodios de depósito de sedimentos, de manera que los materiales más antiguos quedan debajo de los más recientes. Tras la litificación en zonas profundas, las rocas sedimentarias pueden aparecer en la superficie gracias a los lentos procesos que levantan y modelan el relieve terrestre (formación de montañas, erosión, etc.). Cuando lo hacen, las formaciones de rocas sedimentarias presentan una disposición en capas paralelas. Estas capas pueden conservar la disposición horizontal que tenían cuando se formaron o presentar alguna inclinación o deformación como consecuencia de los esfuerzos tectónicos que las llevaron a la superficie terrestre. Presencia de fósiles. Debido a su proceso de formación, algunas rocas sedimentarias presentan restos de seres vivos de épocas pasadas que quedaron enterrados entre los sedimentos y que sufrieron un proceso de 13

14 mineralización. Las rocas sedimentarias más ricas en fósiles son las areniscas, las arcillas y las calizas. EL CICLO DE LAS ROCAS O CICLO LITOLÓGICO Hace más de millones de años se formaron las primeras rocas de la corteza terrestre. Desde entonces, están continuamente formándose y transformándose por los diferentes procesos geológicos que tienen lugar, tanto en la superficie como en el interior del planeta. Estos procesos son en general extremadamente lentos y pueden requerir millones de años para llevarse a cabo. Estas variaciones pueden resumiese en un esquema que se conoce como ciclo litológico Algunas consideraciones sobre el ciclo de las rocas son las siguientes: El magma es un material fundido que asciende desde el manto, acaba por enfriarse y solidificar. Las rocas resultantes se denominan rocas ígneas. Las primeras rocas que se formaron en la Tierra serían de este tipo. Cualquier roca que aflore a la superficie de la Tierra experimentará el proceso geológico externo de meteorización. Los materiales resultantes serán 14

15 erosionados, transportados y sedimentados. Todos estos materiales movilizados se denominan sedimentos. Estos, mediante la diagénesis, se transforman en rocas sedimentarias. Las rocas metamórficas se forman a partir de rocas sedimentarias, ígneas y metamórficas cuando se ven sometidas a los efectos de la presión y la temperatura elevadas. Si las condiciones de presión y temperatura aumentan, las rocas metamórficas pueden alcanzar el punto de fusión y formar un magma. Hay otras posibles transformaciones entre las rocas, por ejemplo, las rocas ígneas pueden transformarse directamente en rocas metamórficas. Las rocas metamórficas y sedimentarlas no siempre permanecen enterradas. Cuando afloran a la superficie son meteorizadas y convertidas en nueva materia prima para las rocas sedimentarias. 15

16 ACTIVIDADES 1. Cuál es la diferencia entre meteorización y erosión? 2. Relaciona los procesos de meteorización y el clima 3. Se puede afirmar que la energía solar es, junto con la gravedad, la responsable de la acción erosiva de un glaciar? Argumenta tu respuesta. 4. Existe un tipo de movimiento de las aguas marinas que no tienen su origen en el calor del Sol Sabrías decir cuál es y en qué consiste? 5. Explica cómo se forma un reg. 6. Los corales formadores de arrecifes viven en simbiosis con unas algas unicelulares ubicadas dentro de sus tejidos, por qué los arrecifes no se desarrollan en el talud continental ni en los fondos abisales? 7. El petróleo y el carbón se consideran rocas del mismo tipo. Cuál es el origen de cada uno? 8. Cuál es la principal diferencia entre las rocas plutónicas y las volcánicas? 9. Qué se entiende por litificación? Describe el proceso. 10. A qué se deben los agujeros que presentan algunas rocas volcánicas? Y los que presentan las tobas calcáreas? 11. Qué se entiende por precipitación química? Cita alguna roca que se forme por este proceso. 12. Cuál es la diferencia entre carbón y carbono? 13. De los cuatro tipos de carbón: Cuál produce más energía? Cuál es el que menos carbono tiene? Cuál es de formación más antigua? 14. Haz un esquema del ciclo de las rocas 15. Es posible que una roca sedimentaria se forme a partir de otra roca sedimentaria anterior? Explica el proceso completo. 16. Observa las siguientes rocas indicando de cada una de ellas a que tipo corresponde, cuál es su origen y que aspecto y características presenta: Arenisca, Basalto, Lignito, Pizarra, Granito, Conglomerado, Turba, Mármol, Pumita, Arcilla, Hulla, Gneis, Petróleo, Gabro, Cuarcita. 16