TEMA 5: METAMORFISMO Y ROCAS METAMÓRFICAS

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1 TEMA 5: METAMORFISMO Y ROCAS METAMÓRFICAS METAMORFISMO: Una roca metamórfica es cualquier tipo de roca que se forma como resultado de los cambios que se producen en rocas preexistentes en respuesta a variaciones de temperatura, presión y la adición o sustracción de componentes químicos. Las rocas preexistentes pueden ser ígneas, sedimentarias o incluso metamórficas. En general, se considera que: El límite inferior del metamorfismo comienza cuando la roca es sometida a una temperatura superior a 150º C y presión mayor de 1 bar. El límite superior se sitúa cuando la roca alcanza la temperatura aproximada de 700º C, que es el momento en que comienzan a fundir algunos minerales. El metamorfismo limitaría con la diagénesis (paso de sedimento a roca sedimentaria) en su límite inferior y con el magmatismo en su límite superior. Factores del metamorfismo: las variables más importantes son: la temperatura, la presión, los fluidos y la composición química de la roca original. Temperatura: el rango de temperaturas a las que se produce el metamorfismo va desde el momento en que termina la diagénesis (150 ºC), hasta el momento en que las rocas empiezan a fundir. La temperatura de fusión comienza a ºC en rocas graníticas, y a ºC en rocas basálticas. Por lo tanto, el rango de temperaturas en los que se desarrollan los procesos metamórficos depende mucho de la composición de la roca original. El origen del calor puede ser: o Procedente de magmas: la intrusión de un magma provoca un aumento de temperatura en la roca encajante (roca que rodea al magma). o Procedente del interior de la Tierra: es el calor residual de la formación de la Tierra. o Procedente de procesos de desintegración radiactiva: menos importante que los anteriores. Presión: tres tipos de presión pueden actuar, solos o combinados, durante el metamorfismo: o Presión litostática: es la presión experimentada por una roca debida, principalmente, al peso de las rocas situadas encima. Los cambios en la presión litostática, experimentados por las rocas durante el metamorfismo son debidos al enterramiento o a la erosión de las rocas. La corteza oceánica sufre presiones metamórficas considerablemente menores que en regiones continentales. En zonas de subducción, la corteza oceánica puede alcanzar profundidades enormes, y como resultado se produce un metamorfismo de muy alta presión. También en la zona de la fosa, debido al choque de placas, la presión es muy alta. o Presión de fluidos: los fluidos atrapados en los poros de las rocas durante el metamorfismo ejercen presión en los granos circundantes. 1

2 o Presión dirigida: la deformación de las rocas durante el metamorfismo se produce cuando éstas experimentan una presión dirigida, es decir cuando la presión que se ejerce no es igual en todas direcciones. Como resultado, la roca puede llegar a ser plegada y fallada. Fluidos: Los fluidos están normalmente formados por agua, dióxido de carbono y sales, y trazas de multitud de elementos químicos disueltos. Son muy importantes en el metamorfismo, ya que son capaces de disolver los minerales. Pueden ser portadores de los elementos químicos que se necesitan en las reacciones metamórficas. En ausencia de fluidos, la velocidad de reacción es muy reducida. Composición de la roca: Los tipos más comunes de rocas metamórficas tienen la misma composición química que las rocas que les dieron origen. Si hay diferencias importantes, tienen a afectar sólo a los elementos más móviles (solubles) o volátiles; el agua y el dióxido de carbono, por ejemplo. Reacciones metamórficas: En general, en el metamorfismo hay un aumento en el tamaño de los cristales, sobretodo si la temperatura se va incrementado. En el metamorfismo se producen reacciones químicas, por ejemplo de deshidratación. El metamorfismo se estudia por campos de estabilidad: gráficas de temperatura- presión. Zonas del metamorfismo: Según su intensidad, el metamorfismo puede dividirse en tres zonas: Epizona: es la zona más externa. La temperatura es menor de 300 ºC. En esta zona las rocas características son las pizarras. Mesozona: zona intermedia. Temperatura entre 300 y 500 ºC. Las rocas típicas son los esquistos y micacitas. Catazona: la zona más interna. La temperatura es mayor de 500 ºC y la presión muy alta. La roca típica son los gneis. Al aumentar la presión y la temperatura en una zona que está siendo metamorfizada, algunos minerales dejan de ser estables y se transforman en otros estables a las nuevas condiciones de presión y temperatura. Cuando hablamos de zona se hace referencia al espacio físico ocupado por rocas donde aparece un determinado mineral, al cual se le llama mineral índice de dicha zona. Ejemplos de minerales índice: clorita, biotita, granate, distena. Las rocas inicialmente idénticas, sometidas a las mismas condiciones de presión y temperatura, darán lugar a rocas metamórficas idénticas, independientemente del lugar y la época en la que se haya producido la transformación. TIPOS DE METAMORFISMO a) Metamorfismo dinámico (dinamometamorfismo) Se produce cuando la presión dirigida es el agente predominante del metamorfismo. Este tipo de metamorfismo se produce en zonas con intensa deformación, como los planos de falla. En tales casos se puede producir una simple trituración de los granos, una reordenación de minerales, la fusión (la fricción produce tanto calor, que incluso puede 2

3 llegar a fundir la roca) y la aparición, por recristalización, de nuevos minerales. Típicas de este tipo de metamorfismo son las brechas (formadas al triturarse la roca) y milonitas (el grado de trituración es mayor que en las brechas y las partículas formadas son muy finas) b) Metamorfismo de contacto Siempre que se formen magmas que invadan la corteza a cualquier profundidad, se produce un cambio en las condiciones térmicas locales, provocando un aumento de calor en su proximidad. Las aureolas de contacto (zonas de la roca encajante que rodean al cuerpo intrusivo) pueden tener espesores desde varios centímetros a varios kilómetros. La roca típica del metamorfismo de contacto es la corneana. c) Metasomatismo Los cambios que se producen en rocas superficiales a partir de la actividad de las aguas termales, se conocen como metasomatismo. En ocasiones se pone de manifiesto por la presencia de un mineral llamado turmalina. d) Metamorfismo regional En este caso, el metamorfismo se desarrolla al actuar de forma combinada la presión y la temperatura. La mayor parte del metamorfismo regional es la respuesta a las colisiones continente-continente y entre las placas oceánicas y continentales. Se desarrolla una zona de alta presión y baja temperatura en las proximidades de la fosa oceánica y otra de baja presión y alta temperatura (debido a las intrusiones magmáticas y alto gradiente geotérmico). Son típicas de este tipo de metamorfismo las pizarras, esquistos, gneis, etc. e) Anatexia Se denomina anatexia al proceso de fusión de las rocas en el interior de la corteza. Los primeros minerales que funden son el cuarzo y el feldespato, mientras que pueden permanecer en estado sólido las micas y otros minerales de elevado punto de fusión. Si el proceso se detiene en esta fase, sin fusión total, la roca se llama migmatita. Si se alcanza condiciones de fusión de toda la roca y luego desciende la temperatura, el magma recristalizará formando un granito llamado granito de anatexia. METAMORFISMO Y TECTÓNICA DE PLACAS El metamorfismo regional se produce en las zonas orogénicas. El metamorfismo de contacto se produce cuando hay intrusiones magmáticas; éstas se producen principalmente en las dorsales, en las zonas de subducción y en las zonas donde hay plumas procedentes del manto. En las dorsales es especialmente activo el metasomatismo, al circular fluidos acuosos a alta temperatura. El dinamometamorfismo se produce en las zonas donde hay intensa deformación, donde la presión dirigida sea muy importante. En las zonas de subducción (zona de las fosas) se desarrolla este tipo de metamorfismo. 3

4 ROCAS Y YACIMIENTOS METAMÓRFICOS TEXTURA DE LAS ROCAS METAMÓRFICAS: El metamorfismo produce compactación y recristalización: Compactación: los granos se aproximan unos a otros, la roca se vuelve más densa, y la porosidad se reduce. El crecimiento de los cristales en muchos casos se produce sin cambios químicos; los nuevos cristales crecen a expensas de los minerales ya presentes. Cuando crecen bajo esfuerzos su estructura se adapta, y minerales como las micas crecen perpendicularmente a la dirección de la fuerza que esté actuando en ese momento. Esta orientación de algunos minerales en las rocas produce la esquistosidad o foliación. El grano mineral de las rocas metamórficas se llama cristaloblasto. Las texturas de las rocas metamórficas son muy variadas, pero las dos más frecuentes son: 1. Granoblástica: cuando todos los granos son equidimensionales. 2. Lepidoblástica: cuando hay minerales planos (micas) orientados. ROCAS MÁS FRECUENTES: a. Según la facies metamórfica: anfilobitas, granulitas, eclogitas. b. Según la textura: 1. No foliadas: corneana. 2. Foliadas: pizarras, filitas, esquistos, gneis. c. Según la composición mineralógica: 1. Monomineral: cuarcitas, mármoles, serpentinitas. 2. Polimineral: ejemplo esquisto micáceo. d. Según la naturaleza de la roca original: 1. Meta- La roca ha experimentado algo de metamorfismo, pero aún se reconocen las características de la roca original. Ejemplos: metaarenisca, metabasalto, etc. 2. Orto- Proceden de rocas ígneas Ejemplo: ortogneis. 3. Para- Proceden de rocas sedimentarias. Ejemplo: paracaliza. USOS DE LAS ROCAS METAMÓRFICAS: Frecuentemente rocas ornamentales. Mármol: se emplea en hormigones, firmes de carretera, fabricación de cemento, y roca ornamental: mampostería y sillería. En esculturas. Cuarcitas: sillares y bloques. Se machaca y se obtienen gravas para hormigones. Pizarras y filitas: tejados. Esquistos: tejados y escolleras. 4

5 YACIMIENTOS METAMÓRFICOS: Sin aporte de elementos externos. Los procesos metamórficos pueden dar lugar a la formación de yacimientos de interés económico. Pero lo más frecuente es que el metamorfismo actúe en sentido contrario, dispersando los minerales en toda la masa rocosa. Por eso, son pocos los yacimientos minerales ligados a rocas metamórficas. Con aporte de elementos externos (metasomatismo). Como consecuencia de los aportes no sólo cambia la composición mineralógica, sino que también lo hace la composición química. Algunos de los yacimientos proporcionan minerales y elementos químicos poco comunes. Los depósitos consisten, generalmente, en varias masas separadas y de pequeña extensión. Su explotación es problemática, ya que además de su pequeño volumen, su distribución suele ser caprichosa y se termina bruscamente. Se explota: magnetita, ilmenita, corindón, espinelas, oro, plata y grafito. Un tipo especial de yacimiento (skarn) se da cuando el aporte de elementos químicos se produce a rocas calizas. La mayoría del skarn se encuentra inmediatamente adyacente a las rocas ígneas intrusivas. Se pueden depositar minerales de hierro, cobre, cinc, wolframio o molideno. 5

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