TRABAJO PRACTICO N ° 6 - ROCAS METAMORFICAS

1. ROCAS METAMORFICAS Cuando las rocas sedimentarias, ígneas o metamórficas sufren temperaturas

mayores de 200°C y/o presiones altas se transforman a rocas metamórficas:

METAMORFISMO

El siguiente esquema ilustra como se forman las rocas sedimentarias y cuales son

los principales agentes:

1.1 Introducción Rocas metamórficas son productos del metamorfismo o es decir de la

transformación de una roca por recristalización y por cristalización de nuevos minerales estables bajo las condiciones metamórficas manteniendo el estado sólido. La transformación es causada por un aumento de la temperatura y/o por deformación (deformación puede producir calor de fricción). Generalmente los procesos metamórficos actúan en profundidades relativamente altas con respecto a la superficie.

El grado metamórfico se refiere a la intensidad del metamorfismo, que ha

influido en una roca. Generalmente el grado metamórfico nombra la temperatura o la presión máxima del metamorfismo. Las zonas metamórficas se distinguen en base de un mineral determinado o de un grupo de minerales. Por ej. la zona de granate se caracteriza por la apariencia de granate y la zona de sillimanita se caracteriza por la apariencia de sillimanita. Las facies metamórficas se distinguen a través de grupos de minerales, que se observan en rocas de composición basáltica.

Las zonas y facies metamórficas se determinan a través de la identificación de los

grupos de minerales formados simultáneamente. La composición de algunos minerales metamórficos, que se puede analizar por una microsonda, y la textura pueden indicar las condiciones de temperatura y presión características para el grado metamórfico.

El grado metamórfico (por ej. los grados metamórficos según WINKLER) nombra

las condiciones de temperatura y presión máximas, que han influidas en la roca. Pero metamorfismo no es estático, más bien es caracterizado por condiciones de temperatura, presión y estress (esfuerzo elástico) cambiándose.

1.2 Los factores, que contribuyen al metamorfismo Los factores principales son las variaciones en la temperatura y en la presión, el

esfuerzo elástico (de compresión, ‘deviatoric stress’) y la migración de los fluidos. Estos factores son factores externos y pueden efectuar cambios en la mineralogía, en el quimismo de los minerales y en el quimismo total de la roca.

La temperatura es el factor más importante en procesos metamórficos, puesto que la mayoría de las reacciones metamórficas se debe a variaciones de la temperatura. Las variaciones de temperatura hacen necesario un aporte calorífero a la roca. La fuente calorífera puede ser un cuerpo intrusivo cercano, un arco magmático relacionado con una zona de subducción o una fuente calorífica regional profunda como el calor derivado del manto por ejemplo. Además la descomposición radioactiva de elementos influye la estructura térmica de la Tierra.

La presión de carga es el segundo factor importante, es causado por la masa de

las rocas sobreyacentes y depende de la profundidad y de la densidad de las rocas sobreyacentes.

La fuerza elástica (esfuerzo elástico o ‘deviatoric stress’) se refiere al

componente de presión dirigido, que no es del mismo valor en todas las direcciones. Normalmente el esfuerzo elástico tiene valores pequeños de 5-10 bar hasta 100 bar. El esfuerzo elástico puede deformar la roca, en que actúa: puede alinear los minerales, formar la foliación o la esquistosidad de la roca metamórfica o causar rotaciones de minerales. Por consiguiente el esfuerzo elástico produce las texturas dirigidas (‘fabric’) de una roca metamórfica como de un esquisto, de un gneis o de una milonita. Además los

fluidos, que pasan por la roca, la presión, que ejercen estos fluidos y la interacción de los fluidos con los minerales o con la roca son factores importantes.

El quimismo total o la composición química de la roca expresado por los contenidos en óxidos de elementos también es de importancia. Puesto que en rocas de diferente composición química cristalizarán distintos minerales metamórficos bajo las mismas condiciones de temperatura y presión:

Por ejemplo con una temperatura T = 550°C y una presión p = 5 kbar (+/- 15km de profundidad) una roca arcillosa se convertirá en un esquisto micaceo, mientras que una caliza se convertirá en un mármol.

La cuarcita compuesta de SiO2 puro puede derivarse de una arenisca de puro cuarzo, como puede encontrárselo en la playa o puede derivársela de un silex, lo que es una roca sedimentaria de precipitación de sílice. Los esquistos de cuarzo y feldespato o el gneis se componen principalmente de SiO2 - Al2O3 - CaO - K2O - Na2O - H2O.

Las pelitas son de composición SiO2 - Al2O3 - FeO - MgO - K2O - Na2O - H2O. A

grado metamórfico medio se convierten en esquistos micaceos, a grado metamórfico alto se convierten en gneises.

1.3 Límites del metamorfismo El limite inferior del metamorfismo o es decir el limite entre diagénesis y el

metamorfismo (de soterramiento) se pone a T = 200°C. Los cambios mineralógicos y de textura en una roca, que ocurren a T<200°C se incorporan a la diagénesis. Tampoco para el limite superior existe una sola definición. En este caso se consideran la temperatura, que corresponde al inicio de la fundición de una roca como determinante para el limite superior del metamorfismo. La temperatura de fundición de una roca depende entre otros factores de su composición. Un granito empieza a fundirse a T = 625-650°C, mientras que un basalto se funde inicialmente a T = 850-900°C con p = 2-3 k bar. Como limite superior se podría elegir la temperatura máxima de T = 900-1000°C.

1.4 Tipos de metamorfismo 1.4.1Conceptos básicos de clasificación

Hay varios esquemas para distinguir diferentes tipos de metamorfismo: 1 Basándose en los parámetros metamórficos principales se distinguen los

metamorfismos -Térmico, -dinámico -termo-dinámico. 2-Con respecto a la posición geológica del metamorfismo se diferencian

entre metamorfismo de

-contacto, -catáclasis y -metamorfismo regional.

Clasificación, que se basa en los parámetros metamórficos principales Temperatura y presión son los factores principales, que afectan el metamorfismo.

Según estos factores se distinguen:

-Para el metamorfismo térmico la temperatura es el factor predominante, por ej. metamorfismo de contacto. -Para el metamorfismo dinámico la presión es el factor predominante, puede tratarse de la presión litostática, que se debe al peso de las rocas superiores o a la carga sobreyacente o del esfuerzo elástico (estress) por ej. catáclasis o es decir rotura mecánica de una roca por metamorfismo dinámico, que se produce localmente en zonas de fallas. El metamorfismo por soterramiento (o hundimiento) resulta de una carga sobreyacente en un ambiente relativamente estático.

-El metamorfismo termo-dinámico se basa en efectos térmicos y de presión. En general los efectos de presión se constituyen de la presión litostática y del esfuerzo elástico. Generalmente el metamorfismo termo-dinámico ocurre en cinturones orogénicos a lo largo de los bordes de placas convergentes.

Clasificación, que se basa en la posición geológica Se distinguen 4 tipos generales: El metamorfismo de contacto: ocurre al ser intruido por una roca ígnea

preexistente, el factor dominante es el efectos térmicos debido al magma caliente. En el caso clásico un cuerpo ígneo intruye una serie sedimentaria o ya metamórfica produciendo una aureola de contacto. La distancia y el gradiente de la temperatura (variación de la temperatura con respecto a la distancia de la fuente calorífera = cuerpo ígneo) dependen: A) de la dimensión del cuerpo intrusivo y B) de la diferencia de temperatura entre el cuerpo intrusivo y las rocas encajantes. Por ej. un dique de 10 m de potencia enfría en unos diez años y produce un efecto de contacto pequeño, mientras que un batolito grande enfría en unos 10 millones de años y produce una aureola de contacto extensiva. El metamorfismo de contacto es caracterizado por una distribución de los grupos de minerales formados simultáneamente concéntrica con respecto al cuerpo intrusivo y por un aumento de la intensidad de recristalización y del grado metamórfico dirigido hacia al cuerpo intrusivo. Metamorfismo de contacto ocurre en varios ambientes tectónicos, en ambientes orogénicos y anorogénicos, en el interior de una placa tectónica o en los bordes de placas tectónicas. Las aureolas de contacto bien desarrolladas se forman en ambientes anorogénicos o en el interior de placas tectónicas, donde batolitos graníticos intruyen rocas sedimentarias: Ejemplos claros para la distribución concéntrica por zonas de los grupos de minerales metamórficos formados simultáneamente se ubican en los niveles medios y someros de la corteza terrestre, donde puede desarrollarse un gradiente de temperatura marcado.

Existen tres tipos principales de metamorfismo a respeto de temperatura y presión: Metamorfismo de contacto: Presión baja Metamorfismo regional: Temperatura mediana, presión mediana Metamorfismo de subducción: Alta presión con temperaturas relativamente bajas

Metamorfismo por Cataclásis: caracterizado por la deformación de la roca sin

influencia grande de efectos térmicos. Catáclasis se produce, cuando los esfuerzos deformadores sobrepasan la capacidad de la roca de deformarse plásticamente. Los parámetros más importantes de la catáclasis son el esfuerzo elástico y la temperatura. La denominación común para una roca cataclástica es la milonita. La catáclasis se produce en las zonas de fallas y de cizallamiento en el nivel superior de la corteza terrestre, que se sitúan principalmente en las zonas orogénicas y en los bordes de placas tectónicas.

Metamorfismo Regional. Se divide en :

- el metamorfismo por soterramiento - el metamorfismo típico para los lomos oceánicos - el metamorfismo orogénico.

El metamorfismo por soterramiento ocurre en las cuencas sedimentarias en

consecuencia de la solidificación de los sedimentos debido al soterramiento por los sedimentos sobreyacentes. La temperatura y la presión contribuyen al metamorfismo, la temperatura, puesto que la temperatura sube con la profundidad. Las rocas correspondientes son caracterizados por temperaturas de recristalización bajas y por la ausencia de deformaciones. La transición entre la diagénesis y el metamorfismo por soterramiento es continua. El metamorfismo de soterramiento es anorogénico y ocurre en la mayoría de las cuencas sedimentarias de los océanos y en las grandes cuencas sedimentarias en el interior de placas tectónicas.

El metamorfismo de los lomos oceánicos se ubica en los bordes de placas

tectónicas divergentes. A lo largo de los lomos oceánicos continuamente se produce corteza oceánica de composición basáltica. Los basaltos oceánicos son acompañados con pizarras verdes y anfibolitas, las cuales son los equivalentes metamórficos de los basaltos. Al metamorfismo de los lomos oceánicos contribuyen el flujo de calor alto y la circulación de los fluidos como parámetros típicos.

El metamorfismo orogénico o metamorfismo regional es típico para los cinturones orogénicos y es muy común en los arcos oceánicos y en los continentes. Se sitúa en los bordes de placas tectónicas convergentes como en el borde entre una placa oceánica y un arco oceánico, en el borde entre placas oceánica y continental o en el borde entre dos placas continentales. Los factores importantes del metamorfismo regional son las perturbaciones tectónicas, las variaciones de presión y los esfuerzos elásticos. Debido a los varios tipos de bordes de placas tectónicas convergentes las características del metamorfismo correspondiente difieren de un cinturón orogénico al otro.

1.5 Facies metamorficas

Las facies metamórficas se entiende mejor en los diagramas de temperatura y presión. Bajo 200º C se encuentra la diagenesis o este sector no está realizado en la naturaleza.

1.6.Textura de rocas metamorficas

TEXTURA EXFOLIADA: Las rocas exfoliadas, como las pizarras, filitas, esquistos, gneis son las variedades más comunes e importantes de las rocas metamorficas. El termino exfoliación (de filium, hoja) puede aplicarse a un clivaje o fisilidad debido al paralelismo de los minerales laminares de las rocas metamórficas.

La exfoliación puede subdividirse, según el grado de

perfección de las superficies paralelas en: -Clivaje pizarreño: La mas perfecta -Esquistosidad: menos perfecta -Estructura Gnéisica: irregular.

TEXTURA NO ORIENTADAS: Hay rocas metamorficas, que no presentan

una orientación preferente de los granos de sus minerales; pueden contener comúnmente granos equidimensionales tales como cuarzo, calcita o dolomita. Ejemplo de este tipo de textura es el mármol, formado a partir de calizas y/o dolomitas.