LOS MATERIALES DEL SISTEMA TIERRA: MINERALES Y ROCAS

Transcripción

1 LOS MATERIALES DEL SISTEMA TIERRA: MINERALES Y ROCAS María del Carmen Cabrera Santana Francisco José Pérez Torrado Universidad de Las Palmas de Gran Canaria

2 1. DEFINICIONES BÁSICAS Cristal, mineral, vídrio Roca, textura, paragénesis Sistema, fase 2. CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES Problemas taxonómicos y de nomenclatura Criterios de clasificación. La Clasificación de Dana Minerales formadores de rocas 3. CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS Problemas taxonómicos y de nomenclatura Los tres grandes grupos de rocas El Ciclo Petrológico moderno Tectónica de Placas

3 DEFINICIONES BÁSICAS - I CRISTAL Sólido resultado del ordenamiento de átomos, iones o moléculas que lo constituyen en las tres dimensiones del espacio. Guardan una relación geométrica definida, aunque puedan tener imperfecciones MINERAL Sustancia sólida e inorgánica natural que posee una composición química fija o variable dentro de unos límites estrechos y que posee un ordenamiento atómico tridimensional y sistemático MINERALOIDE Sólido o líquido natural inorgánico en estado amorfo VÍDRIO Líquido polimerizado inorgánico (natural o no) en estado amorfo

4 DEFINICIONES BÁSICAS - II ROCA Agregado natural, más o menos coherente y multigranular, formado por uno o más componentes sólidos (minerales, clastos, fósiles, etc). Una roca es un sistema termodinámico metaestable, cuyas fases minerales y sus relaciones texturales pueden reflejar los diferentes ambientes físico-químicos por los que ha pasado el material hasta el momento actual TEXTURA Conjunto de factores geométricos (tamaño de grano, grado de cristalinidad, forma, etc.) definidos por los diferentes componentes (minerales, clastos, fósiles, etc) de una roca PARAGÉNESIS FASE Asociación mineral estable en una determinada roca condicionada por similares condiciones físico-químicas (T, P, ph, Eh, etc) Toda parte homogénea de un sistema que puede extraerse de él mecánicamente SISTEMA Fracción aislada del universo, en la que se analizan los cambios producidos por parámetros externos. Un sistema puede ser: Sistema cerrado: sólo transferencia de energía entre el exterior y el sistema Sistema abierto: transferencia de energía y masa entre ambos Sistema aislado: sin ningún tipo de transferencia. Utópico

5 PROPIEDADES PARA EL DIAGNÓSTICO DE LOS MINERALES MÉTODOS QUÍMICOS Provocar reacciones químicas para determinar elementos característicos Muy agresivas y en desuso Pasos y métodos físicos para el estudio de los minerales MÉTODOS FÍSICOS Mayor sensibilidad, rapidez y poco agresivos Muy diversos. Los más comunes: Ópticos, Difractométricos, Espectroscópicos y Térmicos Tablas tomadas de Galán y Mirete (1979)

6 CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES Existen más de 4400 minerales (especies y variedades), pero aún se siguen descubriendo nuevos Taxonomía: no hay orden jerárquico completo Clases, Subclases, Grupos, Especies [series isomorfas], Variedad Nombre de los minerales: no hay reglas Terminación ita Nombres tradicionales Criterios de clasificación: incompatibles entre sí Composición química Estructura cristalina Génesis (ambiente de formación)

7 CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES J.D. Dana (1837) clasificó los minerales en base a sus radicales aniónicos. Originalmente propuso 8 clases, pero en la actualidad se han elevado a Elementos nativos 2. Sulfuros (S 2- ) 3. Sulfosales (combinación del S con As y Sb) 4. Óxidos e Hidróxidos (O 2- y OH - ) 5. Haluros (Cl -, F -, Br, I - ) 6. Carbonatos ([CO 3 ] 2- ) 7. Nitratos ([NO 3 ] 2- ) 8. Boratos ([BO 3 ] 2- ) 9. Fosfatos ([PO 4 ] 3- ) 10. Sulfatos ([SO 4 ] 2- ) y Cromatos ([CrO 4 ] 2- ) 11. Wolframatos ([WO 4 ] 2- ) y Molibdatos ([MoO 4 ] 2- ) 12. Silicatos ([SiO 4 ] 4- )

8 MINERALES FORMADORES DE ROCAS Tablas tomadas de Galán y Mirete (1979) SEGÚN LA PROPORCIÓN EN LA QUE APARECEN EN LAS ROCAS MINERALES FUNDAMENTALES: Presentes siempre en las rocas en proporciones > 5% MINERALES ACCESORIOS: Casi siempre presentes en las rocas pero en pequeñas proporciones (< 5%) MINERALES ACCIDENTALES: Aparecen sólo ocasionalmente en las rocas y en escasas proporciones SEGÚN EL MOMENTO DE FORMACIÓN MINERALES PRIMARIOS: Formados en el mismo momento de generación de la roca MINERALES SECUNDARIOS: Originados con posterioridad a la formación de la roca, a partir de la alteración de minerales primarios

9 PRINCIPALES MINERALES PETROGENÉTICOS EN LA CORTEZA TERRESTRE Tablas tomadas de Galán y Mirete (1979)

10 PRINCIPALES MINERALES PETROGENÉTICOS EN LA CORTEZA TERRESTRE Distribución global de los minerales en la corteza terrestre Figura tomada de Tarbuck y Lutgens (2005)

11 LOS SILICATOS MINERALES CONSTRUCTORES DE ROCAS X m Y n (Z p O q )W r X = iones grandes, carga débil, con nº coordinación cúbica (8) o superior con el oxígeno (Na, Ca, K, Rb, Ba) Y = iones medianos, divalentes a tetravalentes, en coordinación octaédrica (6) (Al, Fe 2+, Fe 3+, Mg, Ti, Mn) Z = iones pequeños, con fuerte carga en coordinación tetraédrica (4) (Si, Al) O = es el oxígeno W = grupos aniónicos adicionales tales como OH, Cl, F, etc. p:q = subíndices que dependen del grado de polimerización de los silicatos m, n, r = dependen de la condición de neutralidad eléctrica de todo cristal Tetraedro de Si: estructura básica de los silicatos Tabla tomada de Clein y Hurlbut (1997) Figura tomada de Tarbuck y Lutgens (2005)

12 PROPIEDADES GENERALES DE LOS SILICATOS CRISTALOGRAFÍA En general, simetría baja 45% monoclínicos; 20% rómbicos; 10% tetragonales; 9% triclínicos; 9% cúbicos; 7% hexagonales-trigonales DENSIDAD En general, disminuye al aumentar el grado de polimerización Nesosilicatos pueden alcanzar valores de hasta 5 gr/cm 3, mientras que en los Tectosilicatos de 2-3 gr/cm 3 DUREZA En general, disminuye al aumentar el grado de polimerización EXFOLIACIÓN Muy marcada en Filosilicatos (1 juego de planos) y en Inosilicatos (2 juegos de planos) Poco marcada o nula en Nesosilicatos y Tectosilicatos (3 juegos) TEMPERATURA DE FORMACIÓN En general, disminuye al aumentar el grado de polimerización Los silicatos se encuentran en todos los ambientes petrogenéticos: magmáticos, metamórficos y sedimentarios

13 POLIMERIZACIÓN DE LOS SILICATOS SUBCLASE ESTRUCTURA RADICAL ANIONICO Si:O NESOSILICATOS (SiO 4 ) 4-1:4 SOROSILICATOS (Si 2 O 7 ) 6-2:7 Anillos de 3 (Si 3 O 9 ) 6- CICLOSILICATOS Anillos de 4 (Si 4 O 12 ) 8-1:3 Anillos de 6 (Si 6 O 18 ) 12- INOSILICATOS Cadenas Sencillas (Si 2 O 6 ) 4-1:3 Cadenas Dobles (Si 4 O 11 ) 6-4:11 FILOSILICATOS (Si 4 O 10 ) 4-2:5 TECTOSILICATOS (SiO 2 ) 1:2

14 POLIMERIZACIÓN DE LOS SILICATOS Figura tomada de Tarbuck y Lutgens (2005)

15 PASOS PARA EL ESTUDIO DE LAS ROCAS Y DISCIPLINAS INVOLUCRADAS Figura tomada de Raymond (2002) Figura tomada de Castro Dorado (1989)

16 CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS Magmáticas Sedimentarias 3 grandes clases: Ígneas o Magmáticas, Sedimentarias y Metamórficas Criterios de clasificación: independientes entre cada clase de roca (incluso entre subclases) Nombre de las rocas: no hay reglas Metamórficas Distribución proporcional en áreas Magmáticas Sedimentarias DISTRIBUCIÓN EN LA CORTEZA Los afloramientos de rocas sedimentarias suponen, aproximadamente, el 66% de la superfice total de la corteza. El restante 34% se lo reparten casi por igual rocas magmáticas y metamórficas. Si se considera el volumen, las rocas sedimentarias solo suponen el 4,8% de la corteza. En el global de La Tierra, este volumen de rocas sedimentarias se reduce a un 0,013-0,027% Metamórficas Distribución proporcional en volúmenes

17 PATRONES TEXTURALES COMO BASE PARA LA CLASIFICACIÓN DE ROCAS Figura tomada de Castro Dorado (1989)

18 LÍMITES SEDIMENTARIAS METAMÓRFICAS: final diagénesis metamorfismo grado muy bajo. En la mayoría de los protolitos entre ºC (línea muerta: desaparición hidrocarburos y transformación restos vegetales en carbón) Minerales índices: zeolitas (pero algunas zeolitas son metamórficas y otras sedimentarias) METAMÓRFICAS ÍGNEAS: inicio de la anatexia entre ºC a P corticales (curva Q-Ab-Or en presencia de agua) - Extracción del líquido magmático > 7% fusión parcial (gradación imperceptible entre migmatitas y granitos) Para protolitos máficos, el inicio de la fusión se retrasa a mayores temperaturas Figuras tomadas de Liesa y Alías (1999)

19 EL CICLO PETROGENÉTICO ACTUAL

20 ROCAS MAGMÁTICAS PLUTÓNICAS: Solidificación del magma en el subsuelo (altas T y P) en periodos dilatados de tiempo VOLCÁNICAS: Solidificación del magma en la superficie (T y P ambientales) de forma muy rápida SUBVOLCÁNICAS (FILONIANAS): Conductos de emisión del magma hacia la superficie. Características intermedias

21 ROCAS MAGMÁTICAS Lava pahoe-hoe (Hawai) Dique (La Gomera) Fotos tomadas de

22 ROCAS MAGMÁTICAS Olivino Mg - Fe Mg piroxeno (Espinela) Ca plagioclasa Ca-Na plagioclasa Mg-Ca piroxeno Na-Ca plagioclasa anfibol Na plagioclasa biotita Feldespato K moscovita Cuarzo vs Feldespatoides CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA DE LOS MAGMAS SERIES DE REACCIÓN DE BOWEN (1922)

23 ROCAS MAGMÁTICAS Holocristalina Hialocristalina Figura tomada de Davidson et al. (2001) DIFERENCIACIÓN y AMBIENTE DE CONSOLIDACIÓN MAGMÁTICA Causas de la variedad petrológica Figura tomada de Schmincke (2004)

24 ROCAS MAGMÁTICAS DIFERENCIACIÓN y AMBIENTE DE CONSOLIDACIÓN MAGMÁTICA Causas de la variedad petrológica Figura tomada de Davidson et al. (2001)

25 ROCAS MAGMÁTICAS CLASIFICACIONES EN BASE AL CONTENIDO MODAL DE DETERMINADOS MINERALES Diagrama específico para rocas básicas, intermedias y ácidas Diagramas propios para rocas ultrabásicas Figuras tomadas de Castro Dorado (1989)

26 ROCAS MAGMÁTICAS Figura modificada de Le Maitre (1989) Figura tomada de Castro Dorado (1989) CLASIFICACIÓN BASADA EN LA PROPORCIÓN DE CIERTOS ELEMENTOS QUÍMICOS MAYORES Para las rocas piroclásticas se les añade, además, proporción y tamaño de partículas

27 ROCAS MAGMÁTICAS

28 MAGMATISMO Y TECTÓNICA DE PLACAS Figura tomada de Schmincke (2004)

29 MAGMATISMO Y TECTÓNICA DE PLACAS AMBIENTES GEOTECTÓNICOS CONVERGENTES (DESTRUCTIVOS) BORDES DE PLACAS DIVERGENTES (CONSTRUCTIVOS) INTRA-OCEÁNICA INTRAPLACAS INTRA- CONTINENTAL MANIFESTACIONES Arcos Islas; Márgenes continentales activos Dorsales; Dorsales en cuencas tras-arco Islas volcánicas Rift intracontinentales; Provincias basálticas SERIES MAGMÁTICAS Calco-alcalina; Tholeítica; Alcalina Tholeítica Alcalina; Tholeítica Alcalina; Tholeítica

30 ROCAS SEDIMENTARIAS Tabla y Figura tomadas de Corrales et al. (1977)

31 ROCAS SEDIMENTARIAS Fotos tomadas de

32 ROCAS SEDIMENTARIAS

33 Figuras tomadas de Tucker (2001) SEDIMENTACIÓN Y TECTÓNICA DE PLACAS

34 ROCAS METAMÓRFICAS Tabla tomada de Castro Dorado (1989)

35 ROCAS METAMÓRFICAS Fotos tomadas de

36 ROCAS METAMÓRFICAS

37 METAMORFISMO Y TECTÓNICA DE PLACAS SEGÚN EL AMBIENTE GEOLÓGICO De impacto: Predominio P pero puede llegarse a fusión Metamorfismo de contacto: Predominio T. Reajustes mineralógicos Hidrotermal: Predominio T y fluidos. Reajustes mineralógicos y químicos (Metasomatismo) Dinamometamorfismo (Fallas): Predominio P. Reajustes texturales De enterramiento: Cuencas subsidentes Regional (Orogénico): Doble cinturón (Alta y baja relación P/T) Fondo oceánico: Predominio T y fluidos. Metasomatismo (aloquímico) BORDES PLACAS Figura tomada de Liesa y Alías (1999)

38 TECTÓNICA DE PLACAS: CONTROL DE LA PETROLOGÍA Figura tomada de Raymond (2002)

39 REFERENCIAS Castro Dorado, A. (1989): Petrografía Básica. Texturas, Clasificación y Nomenclatura de rocas. Ed. Paraninfo, Madrid. 143 pp. Clein, C. y Hurlbut, C.S. (1997): Manual de Mineralogía de Dana (4ª Edición, vol. 1 y 2). Ed. Reverté, Barcelona. 362 y 438 pp. Corrales, I.; Rosell, J.; Sánches de la Torre, L.; Vera, J.A. y Vilas, L. (1977): Estratigrafía. Ed. Rueda, Madrid. 718 pp. Davidson, J.P.; Reed, W.E. y Davis, P.M. (2001): Exploring Earth. An introduction to Physical Geology (2nd edition). Ed. Prentice Hall, Londres. 549 pp. Galán, E. y Mirete, S. (1979): Introducción a los minerales de España. Ed. IGME, Madrid. 420 pp. Le Maitre, R.W. (1989): A classification of igneous rocks and glossary of terms. Ed. Blackwell Scientific, Oxford, 193 pp. Liesa, M. y Alías, G. (1999): Petrologia de les Roques Metamòrfiques. Ed. Universitat de Barcelona, Barcelona. 132 pp. Raymond, L.A. (2002): Petrology. The study of igneous, sedimentary & metamorphic rocks. Ed. McGraw Hill, Boston. 720 pp. Schmincke, H.U. (2004): Volcanism. Ed. Springer-Verlag, Berlín. 324 pp. Tarbuck, E.J. y Lutgens, F.K. (2005): Ciencias de la Tierra. Una introducción a la Geología Física (8ª edición). Ed. Pearson-Prentice Hall, Madrid. 710 pp. Tucker, M.E. (2001): Sedimentary petrology (3ª edición). Ed. Blackwell Science, Oxford, Reino Unido. 262 pp.