TEMA 14.- LOS PROCESOS GEOLÓGICOS EXTERNOS Y LA PETROGÉNESIS 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).- LA METEORIZACIÓN MECÁNICA O FÍSICA La meteorización mecánica consiste en la rotura de las rocas sin que se altere su composición química. Se pueden considerar diferentes efectos producidos por la meteorización mecánica: Crioclastia o 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. 1
Termoclastia.- El 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 Bioclastia o acción biológica.- Las raíces de los árboles penetran en las grietas de las rocas, provocando el ensanchamiento de las mismas de manera que se produce su fragmentación. B) LA METEORIZACIÓN QUÍMICA La meteorización química produce la alteración química de los minerales de las rocas, transformándolos en otros. Es un proceso característico de las zonas húmedas pues en casi todos los procesos interviene el agua. Existen distintos tipos de meteorización química: Hidrólisis: Consiste en la reacción del agua con ciertos minerales, dando lugar a minerales nuevos y 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 y silvina) lo que da lugar a formación de acanaladuras en la superficie de las mismas, que se conocen como lapiaces. Carbonatación: Es un caso especial de disolución de las rocas calizas. En este proceso el agua y el dióxido de carbono de la atmósfera reaccionan formando ácido carbónico. 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. 2
Oxidación: La oxidación se produce por el contacto del aire con rocas que contienen hierro, cambiando su composición química y dando a la capa superficial 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. Un caso frecuente es la hidratación de la anhidrita, que da lugar a yeso: C).- METEORIZACIÓN BIOLÓGICA CaSO 4 + 2H 2 0 CaSO 4.2H 2 0 Anhidrita Yeso Debida a la actividad de los seres vivos. Puede tener efectos mecánicos (Ej.- raíces de las plantas) o químicos (Ej. generación de ácidos por descomposición de materia orgánica) 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. RELACIONES ENTRE METEORIZACIÓN Y CLIMA El clima juega un papel muy importante en el tipo de meteorización, principalmente en lo que se refiere a la temperatura y a las precipitaciones. En zonas con temperaturas y precipitaciones altas (zonas ecuatoriales) predomina la meteorización química (una temperatura elevada y la presencia de agua aumentan la velocidad de las reacciones químicas) Por el contrario, en zonas con temperaturas bajas y escasa precipitación la meteorización mecánica es la predominante. En los desiertos, los cambios bruscos de temperatura y las escasas precipitaciones, también predomina la meteorización mecánica En las zonas templadas las condiciones climáticas y el tipo de vegetación favorecen ambos tipos de meteorización. 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
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
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. 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 geológico que actúa es un río. Aluviales. Zonas donde los arroyos y torrentes depositan sus sedimentos. Lacustres. Los fondos y orillas de los lagos. Glaciares. Zonas de sedimentación de materiales transportados por el hielo. Eólicos. Zonas de acumulación de materiales transportados por el viento. 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. Arrecifes. Estructuras elaboradas por la acumulación de esqueletos de seres vivos como corales, moluscos, esponjas, etc. Taludes continentales. Son las pendientes que unen las plataformas continentales con los fondos abisales. 5
Abisales. Son los extensos fondos oceánicos. Al pie del talud continental se produce una intensa sedimentación, pero lejos de los continentes la cantidad de sedimentos es escasa. Ambientes sedimentarios de transición Son aquellos que presentan influencia continental y marina: 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. Estuarios. Desembocaduras fluviales amplias, con gran influencia marina, debido a una diferencia de altura notable entre la marea alta y la baja. Marismas y albuferas. Lagunas costeras, de agua dulce o salada. La acumulación de sedimentos en los ambientes sedimentarios da lugar a la formación de las rocas sedimentarias. ROCAS SEDIMENTARIAS Las rocas sedimentarias se clasifican en rocas sedimentarias detríticas y rocas sedimentarias no detríticas. Rocas sedimentarias detríticas. La acción de los procesos geológicos externos (meteorización, erosión, transporte y sedimentación) sobre las rocas superficiales, originan depósitos de sedimentos (clastos) en las cuencas sedimentarias (océanos, lagos, deltas, ríos...), que posteriormente, mediante la litificación forman las rocas sedimentarias detríticas. El proceso de litificación comprende la compactación y la cementación. - La compactación es una reducción de volumen debida a la presión producida por el peso de las capas superiores de sedimentos. Elimina los huecos del sedimento y el agua que estos contienen. - La cementación consiste en la precipitación de cementos naturales, como el carbonato de calcio (CaCO 3 ) o la sílice (SiO 2 ), entre los granos componentes del sedimento. Previamente, los cementos se encuentran disueltos en las aguas que circulan por los huecos existentes en los sedimentos. 6
Se clasifican atendiendo al tamaño y forma de sus detritos (sedimentos) como se indica en la tabla inferior. 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. Al pulverizarlas y mezclarlas con agua forman barro. 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. 7
Rocas sedimentarias no detríticas. En este grupo se incluyen numerosos tipos de rocas entre las que destacan las rocas carbonatadas, las evaporitas y las rocas organógenas. Las rocas carbonatadas más importantes son las calizas y las margas. Las calizas están compuestas por carbonato cálcico extraído de las aguas por los seres vivos que lo utilizan para formar sus conchas y esqueletos (moluscos, corales y algas calcáreas). La acumulación de estas conchas y esqueletos da origen a las rocas calizas. En otros casos las calizas se forman por la precipitación de carbonato cálcico disuelto en el agua (por ejemplo por cambios de temperatura). Las calizas, tienen un gran valor en el sector de la construcción. Se utilizan además como materia prima del cemento. Las margas son rocas carbonatadas con una parte importante de arcilla. Las evaporitas. Se originan por precipitación de sales disueltas en el agua como consecuencia de un proceso de evaporación intensa en grandes lagos o mares poco profundos. El yeso (CaSO 4 2H 2 O) y la sal gema o halita (N a Cl) son evaporitas de gran interés económico. El primero constituye la materia prima del yeso de construcción y de la escayola; la segunda tiene muchas aplicaciones en diversas industrias (alimentaria, química, farmacéutica, etc.). 8
Las rocas organógenas se generan a partir de la transformación de materia orgánica. Las rocas organógenas son el carbón y el petróleo. El carbón se formó por acumulación de restos vegetales en el fondo de pantanos, lagunas o deltas, que en ausencia de oxigeno sufrieron un proceso de fermentación debido a la acción de ciertas bacterias sobre la materia vegetal, cuyo resultado es la formación de carbón, sustancia de color negro cuyo principal componente es el carbono. Se distinguen distintos tipos de carbón: La turba es la primera etapa en el proceso de formación del carbón, tienen 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 es una sustancia oleaginosa de color pardo o negruzco compuesta por una mezcla de hidrocarburos. Se originó hace millones de años, cuando grandes cantidades de plancton marino depositados en sedimentos arenosos sufrieron una transformación: por una parte las masas de plancton experimentaron una fermentación llevada a cabo por bacterias en condiciones anaerobias que convirtió la materia orgánica en hidrocarburos, mientras que los depósitos arenosos se transformaron en rocas sedimentarias que constituyen la roca madre, que queda impregnada por dichos hidrocarburos. Debido a su baja densidad, el petróleo tiende a aflorar hacia la superficie, pero si en su ascenso tropieza con una masa impermeable, se acumulará, impregnando las rocas permeables, generalmente areniscas, denominadas rocas almacén. En un yacimiento típico las rocas almacén están entre rocas que almacenan metano (por encima) y otras que almacenan agua salada (por debajo) 9
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; de ellos también se derivan productos como la parafina o la vaselina. Residuos sólidos, como asfaltos, betunes y ceras. Se utilizan como recubrimientos y en pavimentación. Otros productos derivados del petróleo se utilizan como materias primas en la fabricación de plásticos, fertilizantes, pesticidas, medicinas, 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 mineralización. Las rocas sedimentarias más ricas en fósiles son las areniscas, las arcillitas y las calizas. 10
EL CICLO DE LAS ROCAS O CICLO LITOLÓGICO Hace más de 4.000 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. Una vez que se forman, las rocas de la litosfera no son estables, ya que las condiciones de la misma cambian constantemente a causa de la dinámica de las placas y a los procesos geodinámicos externos. Debido a esto, las rocas se encuentran continuamente sometidas a procesos de destrucción y transformación. Estas variaciones pueden resumiese en un esquema que se conoce tradicionalmente como ciclo litológico http://www.ucm.es/info/diciex/programas/lasrocas/cicloderocas/ciclorocascuarto.swf Entra en la página anterior y observa el ciclo de las rocas 11
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 abiseles? 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? 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. Enumera los procesos geológicos, externos e internos, que participan en la génesis de las rocas. 17. 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. 12