ROCAS SEDIMENTARIAS Silvia Barredo

Transcripción

1 ROCAS SEDIMENTARIAS Silvia Barredo Las continuas transformaciones que sufre la tierra son impulsadas por fuerzas de origen interno y externo. Las primeras son el resultado de la dinámica terrestre y son responsables de la modificación de la corteza por medio de la formación de las montañas, de cuencas sedimentarias, etc. Las de origen externo en cambio tienden a destruir las irregularidades de la superficie de los continentes originadas por las fueras internas y a restablecer el equilibrio de la litosfera. Se manifiestan en los procesos de erosión y transporte de materiales por el viento la lluvia, los ríos, el mar y los glaciares. De manera que se puede hablar de un ciclo donde alternan los procesos destructivos y constructivos de los materiales de la corteza terrestre, que así esta sometida a cambios constantes. Los procesos formadores de las rocas sedimentarias tienen lugar en la superficie terrestre o muy cerca de ella, en ese sentido se dice que son procesos exógenos. En contraposición con los formadores de las rocas ígneas y metamórficas que son los endóngenos. Los procesos exógenos dan lugar a la redistribución y a la reorganización de los materiales terrestres como resultado del intercambio con la atmósfera y la hidrosfera. La redistribución tiene lugar por el desgaste o DEGRADACIÓN de las rocas que constituyen generalmente áreas elevadas en la superficie terrestre y, la posterior depositación de los materiales removidos en las áreas deprimidas ó AGRADACIÓN. Esta tendencia a la nivelación de la superficie terrestre se denomina GRADACIÓN. Los principales procesos exógenos son los siguientes: METEORIZACION EROSION TRANSPORTE DEPOSITACION DIAGENESIS QUIMICA FISICA METEORIZACION: consiste en la destrucción de la roca in situ mediante la alteración física DESINTEGRACIÓN y la alteración química DESCOMPOSICIÓN. Desintegración: consiste en la fragmentación mecánica de las rocas en unidades menores que se denominan CLASTOS y que pueden estar constituidos por trozos de roca ó por los minerales que la componen. No se producen cambios químicos ni mineralógicos. Ocurre por: La presión ejercida por la formación de cristales de hielo o sales en los intersticios de la roca. La absorción y liberación de agua por los materiales arcillosos y limosos (tamaño de partícula muy pequeña) lo que da lugar a la expansión y contracción como resultado de los períodos alternantemente húmedos y secos. La expansión y contracción pero por cambios bruscos de temperatura (insolación). 1

2 La expansión debido a la relajación o liberación de la presión de carga por erosión del material suprayacente, se denomina DISYUNCION EN LAJAS La presión ejercida por la acción de plantas y raíces. Descomposición: Consiste en el conjunto de reacciones químicas que dan lugar a la formación de nuevos minerales estables a las nuevas condiciones y a la puesta en solución de numerosos compuestos. Los productos de alteración más importantes son las arcillas (caolinita, montmorillonita, illita, etc) y óxidos e hidróxidos de hierro y aluminio. La descomposición es producida principalmente por hidrólisis, oxidación y reducción y reacciones con ácidos carbónicos, sulfúricos, orgánicos, etc. La subdivisión en meteorización física y química se realiza a los fines prácticos, ya que en la realidad los procesos son complejos y actúan juntos lo que torna muy difícil separarlos. Que uno u otro intervenga con mayor o menor intensidad depende del tipo de roca atacada, del clima y del relieve. EROSION: es el proceso dinámico por el cual se produce la remoción, o lo que es lo mismo el arranque del material de su lugar y la puesta del mismo al medio de transporte. Así que se deduce que, para que exista erosión se necesitas un AGENTE capaz de movilizar y transportar el material. Los agentes erosivos son: río = corrosión Agua corriente mar = abrasión Glaciares Viento = deflación Gravedad Los materiales producidos por la descomposición y desintegración pueden quedar en el mismo lugar, de manera que constituyen una cubierta sobre la roca fresca (roca sin alterar) o pueden ser arrastrados a otros lugares. En este último caso el agente de transporte se caracteriza por: COMPETENCIA: es la posibilidad de una corriente para transportar clastos de un tamaño determinado. CAPACIDAD: es la carga máxima que puede transportar. CARGA: es la cantidad de material que transporta la corriente en un momento determinado. La distancia de transporte de los grandes ríos, corrientes marinas o el viento son del orden de varios centenares a millares de kilómetros. Que un clasto pueda ser transportado depende de la velocidad del flujo (es decir la velocidad del agente) y de su tamaño, su forma también es importante ya que si son redondos será más fácil moverlos que si son muy irregulares. La forma de transportar los materiales removidos es por: 1. Tracción 2. Saltación 3. Suspensión 4. Solución 2

3 1) Los clastos se deslizan, ruedan y giran en función de su forma. 2) Los clastos saltan. 3) Es intermedio entre el transporte mecánico y el químico. Los materiales son transportados suspendidos en el flujo porque éste tiene la energía suficiente para levantarlos y moverlos. La suspensión depende de la velocidad del agente y de la existencia de movimientos turbulentos. Por ejemplo, las partículas de tamaño coloidal son transportadas por suspensión. 4) Los materiales en solución son transportados miles de km sin depender de la velocidad ni de ninguna otra característica física del agente de transporte. Precipitan cuando las condiciones físico químicas lo permiten. DEPOSITACION: Cuando las condiciones son favorables o, en otras palabras, cuando el agente transportante ya no puede llevar su carga (pierde competencia) deposita. Generalmente ocurre en zonas deprimidas que así son rellenadas, estas zonas son las CUENCAS SEDIMENTARIAS y según su posición son clasificadas como continentales, marinas o mixtas. En el caso de los materiales llevados por tracción, la depositación ocurre al disminuir la velocidad de la corriente, lo que da lugar a la pérdida de la competencia y por lo tanto se produce la depositación. Cuando son transportadas en suspensión las partículas hasta arena fina tienen el mismo comportamiento que en el caso de la tracción, pero los clastos de tamaño más finos, como los limos y arcillas, son depositados cuando se aglutinan ya que produce un aumento de peso y de diámetro lo que produce el descenso. Los coloides en cambio, dependen sólo de la cantidad de electrolitos y coloides de carga contraria que existan en el medio para producir la floculación. Por otro lado se considera que el viento es un medio de transporte característico y muy importante. Transporta por tracción las arenas gruesas hasta los guijarros. Los sedimentos más finos son llevados en suspensión, aunque en caso de vientos fuertes hasta los guijarros pueden ser llevados de esta manera. DIAGÉNESIS: Una vez depositados los sedimentos sufren una serie de cambios físicos y químicos, pero de todos tal vez los más importantes son los que llevan a la LITIFICACIÓN es decir la conversión del agregado suelto o SEDIMENTO en una roca sedimentaria denominada SEDIMENTITA. Definido de esta manera, se entiende que la litificación es contraria a la meteorización. La litificación se produce por: Compactación: es decir perdida o reducción de los espacios vacíos u ocupados por fluidos. Cementación: aquí la precipitación de sustancias químicas, existentes en las soluciones intersticiales, pasa a constituir un CEMENTO ya que actúa como ligante de los clastos. Los cementos más comunes son: calcita, cuarzo, ópalo, calcedonia y óxidos e hidróxidos de hierro. Autigénesis: ó formación de nuevos minerales durante o después de la depositación, los que se denominan AUTIGENOS. Estos son: cuarzo, carbonatos, feldespatos, etc. Recristalización : ósea el proceso de solución y recristalización in situ de los minerales de la roca. No se forman nuevos minerales pero cambia la textura. 3

4 Crecimiento secundario o crecimiento postdeposicional de un grano: por precipitación química de la misma composición alrededor del grano y en continuidad óptica con el mismo. TEXTURA y ESTRUCTURA Textura: corresponde a las características individuales y/o las relaciones que tienen entre sí las partículas, ósea los clastos o componentes químicos, por ejemplo el tamaño, forma, etc. Estructura: son los rasgos mayores que caracterizan al depósito, por ejemplo la ESTRATIFICACION, que es la propiedad que tienen las rocas sedimentarias de disponerse en bancos o estratos con cierto paralelismo. a) b) 50 cm Textura(a) y estructura (b) de rocas clásticas, nótese la diferencia de escala entre ambas. 4

5 Concepto de madurez textural y mineralógica de sedimentos Desde la meteorización hasta la depositación final de un sedimento puede observarse que no todos lo minerales se comportan de igual manera ante la destrucción química ya que algunos se mantienen inalterados mientras que otros no. Debido a ello durante el proceso de sedimentación la composición mineralógica original evoluciona hacia un producto final estable. Se pudo determinar que en general el orden de estabilidad de los minerales es inverso a la serie de Bowen, así la olivina se altera mas fácilmente que la mica y que el cuarzo es un mineral muy resistente. Podemos concluir que la composición de la fracción clástica refleja entonces el grado de destrucción sufrido por la roca ya que éste estará constituida solo por aquellos minerales más estables. Generalmente se toma una relación entre la cantidad de cuarzo y feldespato como índice de madurez mineralógica de la roca. Así una arcosa, roca compuesta por feldespato potásico mayormente, tiene un induce bajo, cercano a 1, mientras que una ortocuarcita compuesta casi exclusivamente por cuarzo, es elevado, superior a 10. La importancia geológica radica en que indican que la composición de la fracción clástica de una sedimentita no depende solamente de la composición de la roca original sino también de la intensidad y el tiempo con que actuaron los procesos destructivos durante la sedimentación. La textura, principalmente la redondez, evoluciona durante la sedimentación, se dice que son texturalmente maduros los clastos que están bien redondeados. Generalmente, los sedimentos con alto índice de madurez mineralógico, son también textualmente maduros. 5

6 CLASIFICACION En función de la génesis se la divide en: ROCAS CLASTICAS, compuestas mayormente por clastos. ROCAS NO CLASTICAS QUIMICAS (*) ORGANÓGENAS ROCAS RESIDUALES: formadas por los productos de meteorización que no han sido transportados, es decir que se forman en el lugar in situ de la roca original. (*) Esta división es aproximada ya que como los procesos no son excluyentes entre sí, una roca no es completamente clástica o no clástica. ROCAS CLASTICAS Según la procedencia original de la fracción clástica se subdividen en: 1. EPICLASTICAS 2. PIROCLASTICAS Epiclásticas. Los clastos derivan de la fragmentación de rocas preexistentes que afloran en la superficie terrestre y cumplen el ciclo normal de sedimentación. Según el tamaño de los clastos se dividen en: 6

7 Así un sedimento que presenta un tamaño entre 1 y 2 mm se denomina arena gruesa. Pero si además hay una fracción importante de clastos de gravilla se denomina arena gruesa conglomerádica o algo conglomerádica. Esta adjetivación se utiliza para dar más precisión a la clasificación. La textura característica es la CLASTICA, donde se diferencia los elementos mayores o clastos que componen la fracción principal de la roca y el MATERIAL LIGANTE que se encuentra rellenado los intersticios entre los clastos y que puede ser químico, así se llama CEMENTO, o corresponder a una fracción clástica mas fina que la del resto, lo que se denomina MATRIZ. Por supuesto es mas frecuente que este constituido por ambos así un conglomerado fino tiene por ejemplo clastos tamaño mm, mas una matriz arenosa y cemento calcítico. Microfotografía (x 10) de un conglomerado, obsérvese los distintos elementos de la textura clástica: elementos mayores o clastos y el material ligante que rellena los espacios remanentes, compuesto por la matriz (representada por los clastos menores) y el cemento (color negro). Los rasgos texturales más importantes a observar para describir las rocas sedimentarias son: TAMAÑO: Esta propiedad permite la clasificación de la roca. El tamaño promedio de clastos en Psefitas y Psamitas se puede realizar visualmente con una muy buena precisión pero en las pelitas no, así que se recurre a métodos de laboratorio como el tamizado, por ejemplo. ESFERICIDAD: En realidad se refiera a la forma de los clastos, siendo la forma ideal comparable a una esfera. Para describir esta propiedad se utiliza tres ejes ortogonales denominados a, b, c siendo a el mayor, b intermedio y c el menor y según la longitud que presenten se diferencias las siguientes formas: Esquema de un clasto y sus elementos representativos 7

8 a b a c c a b La forma de los clastos es comparable a una esfera en su estado ideal. El cuadro sintetiza las distintas formas observables en la naturaleza y su representación en tres dimensiones. REDONDEZ: Tiene que ver con el grado de angulosidad de las aristas y vértices de un clasto, independientemente de su forma. Esta es una propiedad muy importante pues está relacionada con el transporte, el mayor o menor desgaste indicará mayor o menor transporte. Para estimarla se utiliza la siguiente tabla de comparación visual: 8

9 SELECCIÓN: Se refiere al grado de variación del tamaño de las partículas y esta relacionado con las características del medio de transporte y con la distancia, por ejemplo los depósitos eólicos son bien seleccionados en general, los glaciares debido a su competencia elevada pueden transportar hasta bloques de cientos de metros, por lo que la selección es baja. Para referirse a esta propiedad, se utilizan los siguientes términos: Muy bien seleccionado: Los clastos varían de 1 a 2 grados de la escala granulométrica. Bien seleccionado: Varían 2 a 3 grados Moderadamente seleccionado: 3 a 7 grados Mal seleccionado: > de 7 grados. FABRICA Y EMPAQUETAMIENTO: La fabrica es la propiedad que se relaciona con la orientación o la falta de ella de los elementos que componen la roca, por ejemplo los ejes mayores de los clastos, las valvas fósiles y minerales de hábito laminar. El empaquetamiento en cambio se relaciona con el grado de contacto que presentan los clastos entre sí. De esto dependerá la relación entre volúmenes ocupados por clastos y por espacios vacíos o rellenos por matriz y cemento. Además de los rasgos texturales enunciados mas arriba se debe observar la composición de la fracción clástica, es decir si son minerales o LITOCLASTOS - fragmentos de rocas y su procedencia -, y reconocer si se puede, la composición del material ligante. También son importantes el COLOR y la CONSOLIDACIÓN, es decir la mayor o menor cohesión que presenta la roca y así nos referiremos a: 9

10 1. Friable: los clastos se separan con facilidad. 2. Consolidado: los clastos se separan con ayuda de un objeto punzante. 3. Muy consolidado: los clastos se separan con mucho dificultad y con ayuda de un objeto punzante o no se separan. NOMENCLATURA ESPECIAL Se utiliza para las areniscas otras clasificaciones que se basan en la relación porcentual clasto-matriz y también en la composición. En función a la relación clasto-matriz se diferencian dos grandes grupos: 1. Wackes ó areniscas sucias o impuras, ya que presentan más del 15 % de matriz con relación a la fracción clástica. 2. Arenitas o areniscas limpias o puras con menos del 15 % de matriz con relación a la fracción clástica. Pero como para hacer uso de esta clasificación se necesita de un microscopio, se mencionan aquí solo aquellas que pueden ser diferenciadas en primera aproximación macroscópicamente, estas son: Grauvaca: arenisca de color generalmente gris verdoso que tiene la característica de presentar un elevado porcentaje de matriz. Es mal seleccionada, sus clastos son comúnmente angulosos o poco redondeados y la composición es variada, cuarzo, micas, feldespatos y fragmentos líticos. Arcosa: arenisca de grano grueso que esta formada por una fracción clástica cuya composición es la de un granito, su característica principal es que tiene un alto porcentaje de clastos de feldespato potásico. Ortocuarcita: Arenisca formada casi exclusivamente por clastos de cuarzo y escasa matriz. Es bien seleccionada y con clastos redondeados. Para el caso de los conglomerados se utiliza el término OLIGOMÍCTICO que significa que los clastos que los componen son de una única composición, generalmente alguna variedad de cuarzo. POLIMICTICO O PETROMICTICO en donde los clastos son de composición variada. Por el tamaño de sus granos las pelitas son difíciles de diferenciarlas entre limolita o arcilita pero se puede distinguir una estructura denominada FISILIDAD que es la propiedad que tienen de partirse por planos separados entre sí por distancias pequeñas. Esto es el resultado de la disposición subparalela de los minerales laminares que característicamente componen la roca como las arcillas, micas, cloritas, etc. Ahora si la roca presenta fisilidad se denomina LUTITA y si no la presenta FANGOLITA. Las primera tendrá un alto contenido de minerales laminares de fracción arcilla y la segunda se caracterizará por el dominio de las fracciones limosas. 10

11 ROCAS NO CLASTICAS ROCAS QUIMICAS Son el resultado de procesos inorgánicos, como la precipitaci6n de sustancias en solución y su posterior litificación. Sobre la base de la composición y génesis se clasifican en: Evaporitas: Se forman por la precipitación de sales al evaporarse el agua en que están disueltas. Esto se da en cuerpos de agua cerrados o de circulación restringida y a la salida de vertientes (cuevas). La composición típica corresponde a sulfatos, cloruros, carbonatos y boratos de elementos alcalinos y alcalino térreos. En general constituyen depósitos muy importantes, que alcanzan una extensión regional del orden de los cientos de km y varias centenas de metros de espesor. Entre las evaporitas más destacables se pueden mencionar: Travertino: Esta compuesto por carbonato de calcio. Presenta una estructura bandeada característica y es muy porosa. Se forma por la precipitación de esta sustancia mineral en vertientes y fuentes termales. Tufa: Es similar a la anterior, pero de estructura más porosa y menos bandeada. Caliche o tosca: Se compone principalmente por carbonato de calcio. Tiene aspecto terroso, concrecional, macizo o bandeado. Se forma tanto en la superficie del suelo o subsuelo por evaporación de las aguas subterráneas que ascienden por capilaridad inducida en clima áridos y semiáridos. Oolitas: Son cuerpos acrecionales pequeños, generalmente esféricos o subesféricos, con textura radial, concéntrica o ambas a la vez y diámetro menor a los 2 mm. Cuando son mayores a este tamaño se denominan Pisolitas. Se originan por precipitación inorgánica de sustancias como el carbonato de calcio, hematita, sílice, fosfatos, etc alrededor de un núcleo en aguas agitadas, como ejemplo se puede mencionar algunas bahías sometidas a tormentas. Ftanitas: Se compone de variedades de sílice, ópalo o calcedonia. Son muy duras y pueden presentarse estratificadas o como nódulos en rocas calcáreas. Fosforitas: Están integradas por fosfato de calcio de naturaleza cristalina, criptocristalina o amorfa. Corresponden a precipitación inorgánica o tener origen orgánico. ROCAS ORGANOGENAS Se forman por la acumulación de restos duros de organismos animales o vegetales. Se clasifican por su composición en calcáreas, silíceas, fosfáticas y carbonosas. Dentro de las primeras están las Calizas arrecifales. Estos tienen una estructura compuesta por exoesqueletos de invertebrados marinos sedentarios como los corales, moluscos, briozzos, equinodermos, y además algas calcáreas. Estos organismos tienen la capacidad de fijar exoesqueletos sobre sus propios restos. Por ejemplo, la gran barrera australiana de arrecifes tienen Km de longitud y 30 m de espesor promedio. En el pasado geológico se conocen arrecifes de hasta 900 m de espesor. 11

12 Calizas pelágicas: Son calcáreas y se forman por la precipitación en el fondo marino de microorganismos calcáreos planctónicos, sobretodo foraminíferos. Su acumulación es muy lenta, del orden de los 2 a 10 m por millón de años. Coquinas: Se forman por la acumulación de organismos con caparazón como los moluscos y braquiópodos, al ser distribuidos por las corrientes generalmente están fragmentados. Constituyen cuerpos estratificados que alcanzan espesores del orden de los 10 m por 100 km de longitud. Diatomeas y radiolaritas: se forman por la consolidación de un fango compuesto por microorganismos con caparazones silíceos como las diatomeas y radiolarios respectivamente. Muchas rocas organógenas fosfáticas están compuestas por Guano o excremento de aves pero también se forman por la acumulación de huesos de vertebrados y por conchillas de invertebrados fosfáticas. Dentro del grupo de rocas organógenas están las denominadas Rocas carbonosas. Están compuestas casi en su totalidad por restos vegetales carbonizados. Es decir que los restos vegetales sufrieron transformaciones que los llevaron a enriquecerse en carbono, con la consiguiente pérdida de hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, etc hecho que es conocido como carbonización y su producto final son los carbones. Son depósitos de poco espesor (10 20 cm) pero muy extendidos regionalmente. Ahora, dentro del grupo de rocas no clásticas existe un conjunto de rocas poligenéticas, muy importantes en el registro geológico conocidas como CALIZAS Y DOLOMIAS. El término poligenético se refiere a que pueden tener un origen químico, clástico u organógeno. Estos términos son composicionales y no tienen que ver con la génesis. Así se utilizan para identificar rocas compuestas por calcita y dolomita respectivamente. El proceso es el siguiente: Carbonato disuelto en la hidrósfera Precipitación química y bioquímica CALIZAS Y DOLOMIAS AUTOCTONAS Fragmentación mecánica Reemplazo epigénico Calcita por dolomía CALIZAS ALOCTONAS DOLOMIA Reemplazo epigénico de calcita por dolomita (epigénica) 12

13 Como se desprende de la figura, las calizas y dolomías primarias tienen un origen químico y bioquímico (caliza autóctona), las demás se forman por erosión de las calizas autóctonas y depositación dentro de la misma cuenca. Las calizas clásticas se producen por fragmentación mecánica de calizas químicas u organógenas dentro de la misma cuenca con mezcla de material externo a la misma, por lo que no son comparables directamente con las areniscas. Por ejemplo, el embate de las olas en un arrecife coralino produce trozos o clastos de carbonato que son luego depositados como bancos estratificados próximos a dicha estructura, en un proceso meramente mecánico, así su génesis es clástica. Con respecto a las dolomías, estas son menos frecuentes y se producen generalmente por transformación epigenética de calizas, es decir por cambios mineralógicos, texturales y estructurales una vez formada la roca. El término singenético se refiere, por el contrario, a todos aquellos cambios que se producen durante la depositación. Otro origen posible para las dolomitas es como evaporitas. ROCAS RESIDUALES Una roca sometida a la intemperie (intemperismo) esta sometida a los efectos de la meteorización tanto física y química. Los productos de este proceso pueden ser removidos o no, y en ese caso cubre la roca de la cual deriva constituyendo el REGOLITO. Generalmente no presenta grandes espesores pero pueden llegar a cubrir grandes extensiones. Debido a su naturaleza muestran transición de la base (próxima a la roca de origen) al techo. Como ejemplo se puede mencionar las LATERITAS (ricas en aluminio) que resultan de la meteorización de rocas graníticas y que dan como resultado una roca pelítica rica en óxidos e hidróxidos de hierro y aluminio. Son frecuentes en climas tropicales y subtropicales húmedos, donde la meteorización química es intensa. 13

14 ESTRUCTURAS SEDIMENTARIAS Silvia Barredo Se dice que las rocas sedimentarias están estratificadas, esta característica se refiere a la disposición en capas de los componentes que constituyen la roca. Se denomina ESTRATO a cada capa cuyo espesor es mayor a 1 cm y LÁMINA, si es menor. Disposición en capas (estratos) de las rocas sedimentarias Estrato: es la unidad de sedimentación, de forma generalmente tabular que fue depositada bajos condiciones físicas constantes. En tal sentido puede observarse que en una secuencia estratificada las capas presentan diferencias por ejemplo, en el tamaño de las partículas y esto es el resultado de los cambios de energía del medio de transporte. También pueden observarse cambios de la composición mineralógica, grado de compactación, cambios en el tipo de cemento, en el color, en los espesores. El estrato está limitado arriba y abajo por planos que representan cambios en las condiciones de sedimentación, y que se denominan: TECHO y BASE. Un estrato puede caracterizarse por: 1. Su composición y textura 2. Espesor, que es la distancia perpendicular entre el techo y la base. 3. Extensión lateral, que puede ser: Tabulares Cuneiformes Lenticulares 4. Masivos, no existe un orden de los componentes del estrato o consiste en una mezcla de granos dispuestos caóticamente. 5. Con estructuras Sedimentarias. 14

15 Al conjunto de características que diferencian a un o a varios estratos se lo denomina Facies. Esas características se refieren al color, estratificación textura, estructura, etc. Por ejemplo se denomina biofacies a la asociación de fósiles que se encuentran en un determinado nivel (compuesto de uno o varios estratos y/o láminas) y que puede diferenciarse de los otros niveles o facies; si los fósiles están ausentes o son de poca significación, y se hace hincapié en las características físicas y químicas de la roca, se denomina. Litofacies Estructuras sedimentarias: Son rasgos geométricos y/o diferenciaciones texturales o de composición, originadas al mismo tiempo que ocurre la sedimentación, es decir SINGENETICOS, o luego y entonces de se denominan EPIGENETICOS. Estos rasgos le imprimen características particulares a la roca que nos permiten hacer inferencias sobre su génesis. Dependen directamente del medio, del modo de transporte y de la energía. En particular, esta última es el resultado de la velocidad del flujo, la turbulencia y profundidad del agua. Energía: Cuando el flujo (aire, agua, etc) se mueve y arrastra partículas en forma irregular se dice que el flujo es turbulento. Este tipo de flujos se divide en tranquilo o bajo y rápido o alto. En el primer caso, el material es transportado como carga del lecho (es decir que es arrastrado por el fondo) y suspensión (sobretodo las partículas muy finas), pero la estructura resultante y el flujo están desfasados (fuera de fase) o lo que es lo mismo decir que las ondulaciones del flujo no son paralelas a las ondulaciones del lecho. Cuando el régimen es alto en cambio, el material es también transportado como carga del lecho o suspensión solo que aquí, la suspensión puede involucrar tamaños más grandes de partículas, la característica principal es en todo caso que tanto la estructura como el flujo están en fase o que las ondulaciones del flujo son paralelas a las del lecho. Clasificación de estructuras sedimentarias Clasificación Genética 1. Originadas por corrientes de agua o viento a) Por depositación = óndulas, estratificación gradada b) Por erosión = Estructura de corte y relleno, turboglifos 2. Originadas por deformación a) Por desecación = Barquillos, grietas b) Por inyección = diques clásticos c) Por impacto = calcos de gotas de lluvia d) Por carga de sedimentos = pseudonódulos 3. Originadas por procesos químicos (vinculado a la diagénesis) a) Por cementación diferencial = concreciones b) Por disolución = estilolitas c) Por reemplazo = algunos nódulos d) Por difusión = Bandeamiento 15

16 4. Originadas por procesos biogénicos a) Trazas de organismos =bioturbaciones b) Moldes de pisadas de vertebrados o Icnitas c) Por actividad vegetal = estromatolitos, impresiones de raíces Clasificación de acuerdo a la época de formación 1. Primarias o singenéticas Es decir contemporáneas a la sedimentación como por ejemplo las óndulas, estratificación entrecruzada, etc. 2. Secundarias o epigenéticas: Posteriores a la sedimentación por ejemplo concreciones Clasificación de acuerdo a la posición 1. Estructuras sobre el plano de estratificación, por ejemplo ondulitas, calcos de lluvia. 2. Estructuras dentro del plano de estratificación, por ejemplo estratificación entrecruzada, gradación. 3. Estructuras en la base, como los calcos de surco, de carga, turboglifos. Clasificación como indicadora de paleocorrientes 1. Direccionales: ondulitas simétricas (bidireccional) y asimétricas (unidireccional), calcos de surco, etc. 2. No direccional: grietas de desecación, gotas de lluvia. Nivel de Energía 1. Alto régimen de flujo 2. Bajo régimen de flujo DESCRIPCIÓN DE ALGUNAS ESTRUCTURAS SEDIMENTARIAS Las ondulas son tal vez una de las estructuras más comunes presentes en la naturaleza. Se producen por la interacción de las corrientes de agua, viento u oleaje sobre la superficie no cohesiva de los sedimentos de fondo los que se re-ordenan con la forma de ondulaciones. Sin embargo es importante aclarar que se las ha hallado en sedimentos fangosos que por sus características propias son más cohesivos. Perfil de una ondulita corriente cresta l seno a 16

17 Fotografía de ondulitas en sedimento arenoso de playa. En sección transversal pueden ser: Simétricas, cuando son formadas por oleaje u oscilación y solo indican la dirección de la corriente. Por su geometría sirven para diferenciar original del molde y en consecuencia, techo de base. Asimétricas, generadas por corrientes de agua o viento, indican el sentido de la corriente pero por su geometría no es posible diferenciar molde de original y por lo tanto techo de base. En la óndulas formadas por corrientes de agua, los clastos más gruesos y las micas se concentran en los senos mientras que en las eólicas es al revés. 17

18 Muchas de las clasificaciones se basan en el tamaño, origen y forma de las crestas. Según el tamaño de la óndula se denomina: Óndulas = λ < 60 cm y megaóndulas λ > 60 cm La longitud de onda λ y la altura a son parámetros muy importantes en el sentido que nos permiten interpretar cual fue el agente responsable de la formación de una óndula, as, si la relación λ/a > a 14 se dice que la óndula es de origen eólico, si λ/a > 10 es una óndula de oleaje y finalmente si λ/a < 5 se la interpreta como acuea. Por las formas de las crestas: Rectas sinuosas catenarias linguoides lunadas En función de las formas de las óndulas es posible establecer una relación entre la intensidad de corriente, el tamaño de la partícula y la geometría del lecho. 18

19 Lo que se ve en el gráfico son los tipos de óndulas que se forman a distintas intensidades de corriente. Así a intensidades relativamente bajas y para tamaños < a 0.6 mm se forman ÓNDULAS, donde la cara que mira a la corriente tendrá una pendiente suave y una pendiente mayor en el lado opuesto. Sin embargo, para partículas mayores a ese tamaño, en esas condiciones de corriente, no se forman óndulas y el lecho permanece plano lo que da lugar a la formación de la ESTRATIFICACIÓN PLANAR. Ahora, y dentro del campo de las óndulas, al aumentar la intensidad de flujo, cambia la forma de las crestas y así pasan de ser rectas a: (a) óndulantes (b) y a linguoides (c). A mayores intensidades de corriente entramos en el campo de las MEGAÓNDULAS que se forman para todos los tamaños (véase cuadro), y las crestas a su vez pasan de rectas (a) a óndulantes (b) y a semilunares (c). Si la energía es un poco mayor aún, se forman DUNAS. Hasta aquí el flujo y el lecho están fuera de fase. Cuando la intensidad de corriente es todavía más alta las óndulas y megaóndulas se destruyen y el lecho se torna plano y, si aumenta un poco mas todavía, se forma las ANTIDUNAS y la ESTRATIFICACION PLANAR donde la superficie del lecho y la del flujo están en fase. La laminación plana de alto régimen de flujo se caracteriza por el tamaño de grano (arenisca gruesa a muy gruesas) y es lo que permite diferenciarla de la de bajo régimen de flujo. Mecanismo de migración de óndulas Cuando la energía es baja, la partícula sube hasta la cresta y cae: capa frontal 19

20 Cuando aumenta un poco la energía, hay mas material en suspensión por lo tanto la partícula es arrastrada fuera de la cresta, puesta en suspensión y luego cae mientras que otras ruedan desde la cresta al seno: Suspención rueda Capa frontal Cuando la energía es definitivamente alta, los granos ruedan corriente abajo en laminas y mucho material es puesto en suspensión. Aquí se formarán las antidunas o la estratificación horizontal o ninguna y, la capa resultante será masiva. Cuando las óndulas (ondulitas, megaóndulas o dunas) migran pueden generar una estructura interna muy característica y diagnóstica que se denomina ESTRATIFICACION ENTRECRUZADA. Se define como una unidad de sedimentación que consiste en una serie de laminas internas inclinadas capas frontales foresets hacia la superficie de sedimentación principal, las unidades están separadas por superficies de erosión o no depositación. capa frontal superficie de erosión o no depositación superficie de sedimentación principal set coset Mecanismo de migración de ondulas/megaondulas y generación de estratificación entrecruzada. Se la clasifican de la siguiente manera: Tabula Planar Estratificación entrecruzada Tangencial > E Artesa Forma del set Diseño de la capa frontal 20

21 Estratificación entrecruzada tabular planar Migración de ondulas de crestas rectas inuosas Estratificación entrecruzada en rtesa Migración de ondulas de crestas Muchas veces las ondulitas migran pero no generan estructuras internas. Se dicen que son internamente masivas. Las estratificaciones entrecruzadas forman sets de diferentes espesores en función del tamaño de las ondulas (ondulita, megaóndula, duna, etc), variando desde algunos pocos milímetros hasta varios metros de espesor. Esquema teórico de una estratificación entrecruzada tangencial y ejemplo real. (Foto: P. Gore 1988) Otra estructura importante corresponde a las ondulitas climbing. Se forman por la migración y el crecimiento vertical simultáneo de ondulitas (raro de megaóndulas) producidas 21

22 por corriente u oleaje. Evidentemente para facilitar ese crecimiento vertical se necesita abundante sedimento, lo que ocurre cuando hay material en suspensión. Inicialmente se forman las ondulitas que migran por el lecho sin generar ninguna estructura interna. Al aumentar el material en suspensión, éste tiende a tapar (tapizar) la ondulita ya formada eventualmente protegiéndola de la erosión, así crece verticalmente por apilamiento, con un desplazamiento hacia delante despreciable, se forma así la laminación ondulítica ó laminación climbing en fase, aquí se preserva la capa frontal y la dorsal. Si aumenta un poco la energía y se incorpora algo de tracción, se forman la laminación climbing fuera de fase ya que la ondulita se desplaza para adelante, se preserva solo la capa frontal y finalmente si el transporte se torna sobretodo tractivo, y no hay suficiente material en suspensión que pueda cubrir la ondulita, ésta migra solamente (sin crecimiento vertical simultáneo) se forman ripple bedding o las microestratificaciones entrecruzadas. Laminación /estratificación paralela: Aquí los estratos se disponen paralelos entre sí, esto indica que la depositación tuvo lugar en el agua y que la energía era baja. Sin embargo, en ambiente de alto régimen también se genera estructuras de este tipo, solo que el tamaño de grano involucrado es mayor. Existe otra variedad que resulta de fenómenos rítmicos como los ascensos y descensos de mareas o los cambios estacionales de invierno a verano. Están representadas por la repetida alternancia de láminas de tamaño de grano diferente o de composición mineralógica variable. Un par de láminas depositadas durante el ciclo anual es un varve (ciclo). En lagos de ambientes glaciarios por ejemplo, la laminación esta dada por una alternancia de capas claras de limo grueso a fino y otra oscura de limo fino a arcilla, como resultado de los contrastes estacionales. Así, en verano, los ríos tienen mayor caudal pueden llevar sedimentos más gruesos al lago pero, en invierno están congelados y solo se depositan sedimentos finos existentes en suspención. 22

23 a) b) Fotos a: laminación ondulosa y b: varves (capa oscura = arcilla, clara = limo) Gradación o Estratificación Gradada: cuando existe una gradación en la granulometría del estrato como resultado de cambios energéticos del medio, se dice que es directa si los clastos disminuyen en tamaño hacia arriba e inversa en caso contrario. Por ejemplo si una corriente capaz de transportar gravilla se desacelera gradualmente, irá depositando primero los clastos mayores y hacia arriba los más pequeños, lo que resulta en una gradación directa. Esta estructura es común en procesos como las corrientes fluviales, corrientes de turbidez en el mar y en los lagos, nubes ardientes, tormentas de polvo, etc. Marcas de Base Generalidades Las propiedades cohesivas de los sedimentos fangosos (limos - arcillas) pueden permitir la generación de estructuras asociadas a los planos correspondientes al techo y la base. Un ejemplo corresponde a las arcilitas, la arcilla una vez depositada tiene la propiedad de ofrecer mucha resistencia a la erosión, pero si una corriente relativamente fuerte fluye, puede arrastrar objetos como resto de plantas o clastos pequeños los que pueden labrar surcos en el substrato, o directamente es la corriente la que produce la marca, en ambos casos, estas se preservan por la rápida depositación de arena que las rellena. En el campo se observan en la base de bancos de arena como moldes generalmente. 23

24 Algunos tipos Turboglifos (Flutes): se trata de hoyos discontinuos y alargados como flautas. Se forman por una corriente turbulenta que genera vórtices, y por acción de la misma corriente ó clastos ya separados capaces de erosionar. Indican sentido de la corriente ya que la parte que mira corriente arriba es siempre profunda y empinada mientras que se hace menos profunda corriente abajo. Si lo que se preservo es el molde o relleno (que es lo mas frecuente) indicarán base y se ven como protuberancias alargadas o viceversa si es el original. Este es un elemento diagnóstico para interpretar sentido de la corriente y discriminar techo de base, algo muy importante si la secuencia está muy deformada. Visto de arriba Visto de perfil Calcos de surco (Groove). Se forman cuando una corriente arrastra objetos sobre un substrato blando, lo que produce un surco. Estos surcos son generalmente alargados y angostos y pueden preservar el objeto anclado en uno de sus extremos. Se conservan mayormente como marcas de base en depósitos de poca profundidad. Si al moverse el objeto por tracción va rozando el fondo es probable que deje una marca mas bien aserrada. O puede solo golpear el fondo y seguir su transporte por suspención, dejando una marca puntual. Fotografía de un calco de surco en la base de una estrato (molde). 24

25 Estructura de carga: Estas estructuras son el producto de la depositación de una capa pesada por ejemplo de arena sobre un substrato no consolidado y blando (hidroplástico) como la arcilla, para ajustar esta diferencia de peso la capa mas pesada se hunde en el fango blando. Se forman protuberancias que son muy irregulares lo que permite diferenciarlos de los turboglifos. Laminación convoluta: Es una estructura donde los estratos o laminas se ven intensamente plegados pero igual la laminación es continua (no esta rota). Existen muchas explicaciones para este proceso pero de todas, la más simple es la que postula que se produce por liquefacción diferencial de sedimentos embebidos en agua (sedimentos hidroplásticos) por acción de fuerzas locales y diferenciales (cambio de presión por efecto de un sismo, o cualquier otro tipo de shock). La liquefacción del material hace que se produzca el flujo intraestratal que da lugar a las contorsiones o pliegues de las láminas (se ven como arrugas). Foto S. Barredo(1999) Estructura de deslizamientos (slump): son estructuras penecontemporáneas de deformación producto del movimiento por deslizamiento gravitatorio de bancos en pendientes inestables, están compuestos por pliegues y fracturas. Se asocian con una sedimentación rápida en pendientes fuertes (ambientes de turbiditas, glaciares, etc) que pueden incluso provocar el desplazamiento (del orden de centímetro a cientos de metros) del banco completo, como por ejemplo un banco de pelita fragmentado e inmerso en un banco de arena. 25

26 Diques clásticos: se observa en el techo del estrato. Se trata de diques de composición arenosa o gravosos que se forman cuando material de esa granulometría que no está consolidado, penetra o se inyecta en grietas o fisuras rellenándolas. Grietas de desecación: los sedimentos fangosos saturados en agua al ser desecados y compactados producen un sistema de grietas que conforman una red y dividen la superficie en áreas poligonales, cada polígono de pelita puede separarse en laminas que se denominan barquillos. Los barquillos pueden curvarse debido a su escaso espesor y pueden yacer cóncavos o convexos hacia arriba. A veces estos se cierran lo suficiente como para constituir un clasto que se denomina intraclasto (ya que se forma in situ) y la roca resultante se 26

27 denomina conglomerado intraformacional; también pueden sufrir transporte y ser desgastados hasta redondearse. Por otro lado las grietas pueden rellenarse con arena, lo que también es frecuente encontrar en el registro geológico. Marcas de lluvia: cuando llueve, las gotas pueden quedar marcadas en el techo de un material blando. Lluvia perpendicular Lluvia oblicua Estructura de Hoyos y Montículos: Se trata de una estructura que resulta del escape de una burbuja de gas por un substrato (arcilla) embebido en agua. Como la burbuja al subir puede llevar consigo pequeñas partículas de arcillas, la deposita en la parte superior del tubo que se forma como producto de ese ascenso. Se forma entonces un montículo en forma de anillo con un orificio central de 2 a 3 mm de diámetro y 1 mm de alto. Los tubitos no se preserva pues son destruidos en la compactación mientras que el montículo sí. Los hoyos por otro lado, se producen por corrientes de agua que excavan la pelita y arrastran el material del montículo. 27

28 QUIMICAS Las estructuras de origen químico están vinculadas a procesos inorgánicos primarios o segregaciones de origen secundario que ocurren en una roca. Así, pueden reemplazar a la roca, rellenar espacios como en las geodas, o por alteración del ph original. Concreciones: son el resultado de la precipitación de sílice, calcita o algún óxido de hierro en los poros de una roca o alrededor de un núcleo. El resultado es un cuerpo subesférico en cuyo interior puede encontrase el fósil o el clasto que sirvió de núcleo. 28 Foto: Silvia Barredo (1999) Geodas: Generalmente de sílice, son redondas o subesféricas, tienen su interior hueco con capas de calcedonia que revisten las paredes y/o cristales bien desarrollados. Generalmente hacia las paredes esta la calcedonia u ópalo (es decir sílice que cristalizó rápido) y hacia el centro se desarrollan los cristales. También es común la formación de cristales directamente de las paredes lo que indica cristalización lenta para todo el proceso.

29 Fotografía de una Geoda desarrollada en una conchilla. Estilolitas, estructura de disolución de carbonato de calcio en calizas o mármoles como producto del aumento de presión, por ejemplo por la compresión resultante del soterramiento. ORGANICAS Son producto de la actividad de organismos, como por ejemplo las trazas producidas por artrópodos, los moldes o pisadas de vertebrados (icnitas) y por actividad vegetal como los estromatolitos, impresiones de raíces, etc. Bloque diagrama con algunos tipos de trazas fósiles y foto de un ejemplo real. 29

30 Icnicta de vertebrado. (Foto Silvia Barredo, 1999) Impronta de vegetal (Foto: Silvia Barredo, 1998) 30

31 EL SIGNIFICADO DE LAS ESTRUCTURAS SEDIMENTARIAS Las estructuras sedimentarias son importantes pues permiten hacer inferencias sobre las características del medio de depositación, ayudan a establecer la posición del techo y base de los estratos en secuencias que han sufrido tectonismo, la dirección y sentido de las corrientes que depositaron esos sedimentos y por consecuencia la paleopendiente y finalmente permiten interpretar los cambios físicos y químicos que ocurrieron luego de la sedimentación. Por ejemplo, a través de las estructuras se analizan que condiciones de flujo existieron cuando se depositaron los sedimentos que componen una secuencia, así nos dan datos sobre la energía del medio, si predominan los sedimentos finos se estima que esta era baja o lo que es lo mismo la velocidad del agente de transporte era baja y probablemente la estratificación corresponda a la laminación paralela. El aumento gradual de energía permite la formación de ondulitas, megaóndulas hasta dunas respectivamente y cada una de ellas con desarrollo de crestas rectas a sinuosas paralelamente. Cuando migran pueden generan las estratificaciones entrecruzadas (EE). Si las ondulitas ó megaóndulas son de cretas rectas generaran las EE planares y tangenciales, mientras que las megaóndulas y dunas de crestas sinuosas dan las EE en artesas. Cuando la energía es alta, el agente se torna más competente, hay mucho material de diversos tamaños en suspensión por lo que se generan estructuras como la antidunas o la estratificación horizontal de alta energía. También permiten saber si el agente era fluido, es decir si llevaba poco material en suspensión, ó si era viscoso, es decir si llevaba mucho material. Por ejemplo, las capas masivas y mal seleccionadas indican agentes viscosos. Se puede aproximar si el ambiente de formación corresponde a aguas poco profundas, ya que en estos casos se pueden dar condiciones de alta energía que producen estructuras entrecruzadas en artesas o tangenciales, turboglifos, laminación climbing, etc, en contraposición a los ambientes más profundos donde comúnmente la energía es menor, se desarrollan EE planares o tangenciales, laminaciones horizontales o se dan capas masivas. La existencia de intercalaciones de capas de mayor granulometría en este último caso son interpretadas como resultado de corrientes de turbidez producidas por ejemplo por tormentas. 31

32 AMBIENTES SEDIMENTARIOS Silvia Barredo Para que sirven: 1. Paleogeografía: Discriminar ambientes: ríos, glaciares, costas, etc. Localización: para interpretar la historia de la roca Distinguir diferentes tipos o subtipos Paleoclima 2. Interpretar la vida de los organismos en el pasado, como era su hábitat, de que vivían, etc. 3. Importante fuente de recursos: minerales, petróleo, etc. Los ambientes de sedimentación se dividen en: subácueos fluvial lacustre palustre CONTINENTALES subaéreo eólico gravitacional glacial MIXTOS deltáico estuarios planicie de marea barras litorales / albufera MARINOS costa plataforma continental talud y zona abisal 32

33 AMBIENTES CONTINENTALES Los ambientes continentales se caracterizan por la notable influencia que tienen en su evolución, el clima, la topografía y los rasgos tectónicos. De todos se desarrollara aquí el fluvial dada su importancia económica. Los ambientes de clima desértico no desarrollan suelos húmicos por las condiciones de sequedad y la consecuente escasez de vegetación. Predomina la meteorización física sobre la química lo que resulta en una gran producción de sedimentos. La lluvia ocasional, muchas veces torrencial, los remueve por corrientes fluviales tipo entrelazadas (braided) y/o por flujos de barro o detritos*, que conforman geoformas denominadas abanicos aluviales. Los cursos de agua son entonces intermitentes, muy esparcidos y perennes, por lo tanto de drenaje interior es decir que no salen de la cuenca, en contraposición a los de regiones húmedas donde evolucionan a lo largo de cientos de kilómetros hasta llegar al mar, en lo que se denomina drenaje exterior. Ejemplos de abanicos aluviales y características de los depósitos de debris flow, véase los bloques flotando en la matriz arcillosa * Corresponden a avenidas/flujos con forma de mantos o lóbulos, compuestos por grandes cantidades de sedimentos (desde bloques hasta arcillas) donde la fracción clástica más gruesa va suspendida en un colchón de sedimentos mas finos y agua (efecto de buoyancy). RIOS Representan uno de los constituyentes más importantes en una cuenca y el receptáculo de petróleo, gas, carbón, oro y uranio más importante a lo largo de todo el planeta. 33

34 Se originan cuando llueve mas de lo que se puede evaporar, así se forman corrientes a lo largo de las distintas pendientes de terreno que se van uniendo para formar otras mayores, si prosperan pueden fluir fuera de la cuenca dando un drenaje externo, para finalmente alcanzar el mar. En función de la forma de los canales se dividen en: Entrelazados: El agua se mueve rápido en zonas de alta pendiente como áreas de montaña. Son alimentados por descargas rápidas y esporádicas (lluvias torrenciales y cortas) y una taza de sedimentación muy alta. Sus márgenes no son cohesivos, es decir son fáciles de erosionar, por lo que los canales cambian constantemente de lugar dando una compleja red entrelazada ó braided. Son anchos, poco profundos, sinuosos y muy móviles. Tanto las gravas como las arenas son transportadas sobre todo como carga del lecho y los materiales finos, en suspensión, cuando depositan la carga conforman las barras de arena y grava que emergen durante los períodos de poca descarga. Como los materiales finos que son cohesivos, es decir difíciles de erosionar, son llevados a zonas alejadas, los cursos de agua divagan mas libremente a lo largo de regiones amplias y no se forman planicies de inundación importantes. Tipo de depósito: Forman conglomerados gruesos a finos, con baja selección, compuestos por clastos subangulosos a subredondeados, algunas veces imbricados. Son masivos o con estratificación horizontal poco definida. Cuando aumenta la participación de arena pueden dar secuencias granodecrecientes desde grava a arena y desarrollan estratificación entrecruzada en artesa, coronando con camadas de arcillas que no siempre se preservan. Bloque diagrama con la morfología de estos ambiente y foto de un ejemplo real (Silvia Barredo) 34