METAMORFISMO Y ROCAS METAMÓRFICAS
El metamorfismo es la transformación sin cambio de estado de
la estructura o composición química o mineral de una roca cuando queda sometida
a condiciones de presion o temperatura distintas a las que la originaron o
cuando recibe una inyección de fluidos.
El metamorfismo puede producirse en cualquier tipo de roca
existente con anterioridad, cuando cambian las condiciones en las que la roca
era estable. La presión aumenta cuando la roca cambia de profundidad, y la
temperatura lo hace por proximidad a un magma. Ambos procesos suelen darse
conjuntamente, aunque también pueden ocurrir por separado.
Lo más habitual es que las rocas no pierdan ni reciban
sustancias químicas, de modo que la mayor parte de los cambios que se producen
en el metamorfismo son mineralógicos: la roca en su conjunto está formada por
los mismos elementos químicos, pero distribuidos de forma distinta, en
minerales diferentes.
El metamorfismo se produce en condiciones intermedias entre
la sedimentación y el magmatismo. A poca profundidad no se producen cambios en
la estructura de la roca, pero sí la litificación de los sedimentos. El final
de la litificación y el principio del metamorfismo se identifican por la
aparición de ciertos minerales característicos, concretamente por la aparición
de la antracita y la desaparición del petróleo (línea muerta). El límite
superior del metamorfismo está marcado por la presencia de rocas mixtas, las
migmatitas, algunos de cuyos componentes se han fundido, mientras que otros no
lo han hecho.
Factores que intervienen en el
metamorfismo
Como se ha visto hasta ahora, la presión y la temperatura
son los factores que más influyen en el desarrollo de los procesos metamórficos,
aunque también se ven afectados por la presencia de fluidos.
ü La presión aumenta con la profundidad a un
ritmo aproximado de 0,3 Kg/cm2 por
kilómetro en la corteza continental, aunque ese gradiente varía de unas zonas a
otras: es máximo en los bordes destructivos y más bajo en los constructivos. Su
magnitud depende de varios componentes: lapresión de confinamiento, que
incluye el peso de la columna de rocas en un punto determinado (presión
litostática) y la fuerza ejercida por los fluidos contenidos en las rocas (presión
de fluidos), además de la presión
tectónica, que es ejercida en dirección horizontal y que se debe al
plegamiento.
temperatura: aumenta también con la profundidad, aunque solo lo hace regularmente en los primeros kilómetros de la litosfera. El gradiente geotérmico medio es de 30º C/km, pero es muy variable: oscila entre los 6º C/km en las fosas oceánicas hasta los 90º C/km en las dorsales. También se puede producir un aumento de la temperatura como consecuencia del rozamiento, en las zonas de falla, o debido a la proximidad de un magma.
Los fluidos: proporcionan agua e iones disueltos que hacen posibles las reacciones químicas. La presencia de fluidos por sí sola no es suficiente para que tenga lugar el metamorfismo, pero sí que lo facilita.
temperatura: aumenta también con la profundidad, aunque solo lo hace regularmente en los primeros kilómetros de la litosfera. El gradiente geotérmico medio es de 30º C/km, pero es muy variable: oscila entre los 6º C/km en las fosas oceánicas hasta los 90º C/km en las dorsales. También se puede producir un aumento de la temperatura como consecuencia del rozamiento, en las zonas de falla, o debido a la proximidad de un magma.
Los fluidos: proporcionan agua e iones disueltos que hacen posibles las reacciones químicas. La presencia de fluidos por sí sola no es suficiente para que tenga lugar el metamorfismo, pero sí que lo facilita.
Tipos de metamorfismo
Pueden distinguirse dos grandes tipos de metamorfismo: el que se produce sin relación con los bordes de placa y el que ocurre en los bordes de placa.
El metamorfismo de impacto: tiene lugar exclusivamente en las zonas donde se ha producido el impacto de un meteorito. En esos lugares la temperatura alcanza valores muy altos durante unos breves instantes. El resultado es la formación de minerales vítreos y brechas que se producen al pulverizarse las rocas.
El metamorfismo de enterramiento: se da en algunas cuencas sedimentarias, por hundimiento progresivo de los sedimentos depositados en ellas (subsidencia). En esos ambientes llegan a alcanzarse valores de presión de unos 3 Kg/cm2, y temperaturas de unos 300º C, lo que representa un grado muy bajo de metamorfismo que da lugar a zeolitas, rocas que aún conservan bien las estructuras sedimentarias.
Pueden distinguirse dos grandes tipos de metamorfismo: el que se produce sin relación con los bordes de placa y el que ocurre en los bordes de placa.
El metamorfismo de impacto: tiene lugar exclusivamente en las zonas donde se ha producido el impacto de un meteorito. En esos lugares la temperatura alcanza valores muy altos durante unos breves instantes. El resultado es la formación de minerales vítreos y brechas que se producen al pulverizarse las rocas.
El metamorfismo de enterramiento: se da en algunas cuencas sedimentarias, por hundimiento progresivo de los sedimentos depositados en ellas (subsidencia). En esos ambientes llegan a alcanzarse valores de presión de unos 3 Kg/cm2, y temperaturas de unos 300º C, lo que representa un grado muy bajo de metamorfismo que da lugar a zeolitas, rocas que aún conservan bien las estructuras sedimentarias.
El dinamometamorfismo se
produce en zonas de falla, debido a la presión ejercida por los bloques de roca
que se desplazan. El rozamiento produce calor que puede, incluso, llegar a
fundir las rocas. El resultado es la formación de rocas fragmentadas que ocupan
una anchura variable en el plano de falla, y que recibe el nombre de brecha de
falla. Si sus fragmentos son de tamaño microscópico la roca recibe el nombre de
milonita.
El metamorfismo
térmico se
produce en la zona alta de los orógenos y en las proximidades de los puntos
calientes, alrededor de las masas de magma que alcanzan la corteza. El calor
del magma da lugar a una aureola metamórfica, con zonas identificables por la
presencia de minerales índice. Los indicadores de estas zonas, de mayor a menor
intensidad son la sillimanita, la andalucita, la biotita y la clorita.
El efecto que el termometamorfismo produce sobre las rocas es, fundamentalmente, la recristalización.
El metasomatismo se denomina también metamorfismo hidrotermal. Se debe al contacto de las rocas con fluidos a alta temperatura, que les aportan nuevos minerales. Como consecuencia, las rocas originarias sufren cambios de composición que pueden ser considerables y que pueden dar lugar a yacimientos minerales de interés. El metasomatismo puede darse en cualquier lugar en el que exista una actividad magmática importante.
En los bordes de placa se dan dos tipos diferentes de procesos metamórficos: el metamorfismo de fondo oceánico y el metamorfismo regional.
El metamorfismo de fondo oceánico: tiene lugar en el entorno de las dorsales oceánicas. Se debe a la circulación del agua del mar en las grietas de la corteza recién formada y aún caliente. Es el tipo de metamorfismo más extendido geográficamente.
El efecto que el termometamorfismo produce sobre las rocas es, fundamentalmente, la recristalización.
El metasomatismo se denomina también metamorfismo hidrotermal. Se debe al contacto de las rocas con fluidos a alta temperatura, que les aportan nuevos minerales. Como consecuencia, las rocas originarias sufren cambios de composición que pueden ser considerables y que pueden dar lugar a yacimientos minerales de interés. El metasomatismo puede darse en cualquier lugar en el que exista una actividad magmática importante.
En los bordes de placa se dan dos tipos diferentes de procesos metamórficos: el metamorfismo de fondo oceánico y el metamorfismo regional.
El metamorfismo de fondo oceánico: tiene lugar en el entorno de las dorsales oceánicas. Se debe a la circulación del agua del mar en las grietas de la corteza recién formada y aún caliente. Es el tipo de metamorfismo más extendido geográficamente.
El metamorfismo regional: denominado también metamorfismo
dinamotérmico o termodinamometa-morfismo, se produce siempre en relación con
las zonas de subducción o de obducción. Es el tipo de metamorfismo más
distribuido, ya que se produce incluso en los continentes, y da lugar a las
rocas metamórficas más conocidas, identificables no solo por los minerales que
los forman, sino también por una estructura característica, la hojosidad, que
se debe a la elevada presión.
La anatexia es el proceso de fusión parcial de rocas preexistentes bajo condiciones de presión y temperatura elevadas, que corresponden más al metamorfismo regional que al de contacto. La fusión parcial de las rocas da lugar a la formación de migmatitas. En estas rocas aparece una parte oscura (melanosoma) que contiene minerales máficos como anfíboles y biotita, y una parte clara (leucosoma), procedente de la fusión de minerales félsicos. Los minerales de tonos intermedios corresponden a los restos inalterados de la roca original.
La anatexia es el proceso de fusión parcial de rocas preexistentes bajo condiciones de presión y temperatura elevadas, que corresponden más al metamorfismo regional que al de contacto. La fusión parcial de las rocas da lugar a la formación de migmatitas. En estas rocas aparece una parte oscura (melanosoma) que contiene minerales máficos como anfíboles y biotita, y una parte clara (leucosoma), procedente de la fusión de minerales félsicos. Los minerales de tonos intermedios corresponden a los restos inalterados de la roca original.
Intensidad del metamorfismo
La intensidad del metamorfismo sufrido por una roca depende de la magnitud de la presión y la temperatura a las que ha estado sometida. Las rocas que se han formado en condiciones semejantes forman parte de la misma facies metamórfica.
El metamorfismo de mayor intensidad es el metamorfismo regional. Todas las rocas que se forman en esas condiciones poseen una textura característica, la esquistosidad, que consiste en que se rompen a lo largo de superficies aproximadamente paralelas.
El metamorfismo regional puede tener dos modalidades: de alta presión, localizado en el plano de Benioff, y de alta temperatura, que ocurre a poca profundidad.
Las rocas metamórficas
Los procesos de transformación mineral que se producen en las rocas metamórficas se denominan blastesis. En general, la blastesis provoca la desaparición de la textura original de la roca y la aparición de una textura específica, característica del metamorfismo, que recibe el nombre de textura cristalográfica. Las rocas metamórficas pueden presentar cuatro tipos diferentes de texturas cristalográficas, o diferentes combinaciones de esas texturas.
·
La textura granoblástica consiste en que la roca está formada por minerales cuyos
cristales son de tamaño parecido en todas las direcciones, con tendencia a
adquirir forma hexagonal.
·
La textura lepidoblástica se caracteriza por minerales con
cristales alargados, orientados paralelamente entre sí.
·
La textura nematoblástica consiste en que los minerales tienen
forma de aguja y adoptan una disposición orientada, situándose en paralelo.
·
La textura porfidoblástica consta de una matriz formada por
minerales de pequeño tamaño entre los que aparecen otros de tamaño mucho mayor,
los pórfidos.
Los esfuerzos tectónicos que sufren las rocas durante el
metamorfismo provocan también la aparición de estructuras planares,
definidas por la orientación de sus minerales, que reciben el nombre de
microestructuras. La esquistosidad es la característica de
determinadas rocas de dividirse en hojas o "lajas" en la dirección
perpendicular a la del esfuerzo que soportan. Su aparición no supone,
necesariamente, que se haya producido metamorfismo, pero sí que la roca ha
estado sometida a un esfuerzo dirigido.
La foliación se da cuando las capas de la roca
tienen composición diferente, y son más irregulares que en el caso de la
esquistosidad. Las rocas que la presentan han sufrido metamorfismo, que ha
provocado la recristalización de sus minerales.
La lineación es otra microestructura
característica de las rocas metamórficas. Se caracteriza por la presencia de
estructuras lineales, debidas a que la roca está formada por minerales en forma
de aguja o a la intersección de planos de cristalización.
Los micropliegues son deformaciones de pequeña amplitud
que se producen en rocas con esquistosidad que tienen minerales diferentes.
La esquistosidad es una de las características más distintitvas de las rocas
sedimentarias, por lo que se utiliza para clasificarlas.
Composición de las rocas metamórficas
Desde el punto de vista de la composición, se distinguen cuatro grupos de rocas en los que se incluyen todas las rocas metamórficas:
·
La serie
ultramáfica procede de rocas como peridotitas y piroxenitas, formadas
fundamentalmente por olivino y piroxenos. Las rocas metamórficas a las que dan
lugar son las serpentinas.
·
La serie
máfica se forma a partir de rocas como andesita o basalto e incluye
anfibolitas, esquistos verdes, esquistos con glaucofana y, en condiciones
extremas, eclogitas.
·
Las rocas de la serie
pelítico grauváquica se forman a partir de rocas
sedimentarias compuestas por cuarzo, feldespatos y silicatos laminares.
Constituyen una serie muy bien definida, en la que se aprecia perfectamente la
intensidad del metamorfismo que ha tenido lugar. La serie empieza con las
arcillas, que realmente pueden considerarse un sedimento, y a medida que va
aumentando la presión que soportan, se forman lutitas, pizarras, esquistos y
finalmente gneises
·
Las rocas de la serie
calcosilicatada se forman a partir de rocas carbonatadas como calizas y dolomías,
que dan lugar a mármoles.
Principales rocas metamórficas
Las pizarras son
rocas de la serie pelítico-grauváquica de grano fino y esquistosidad muy bien
definida debida a la disposición paralela de minerales laminares como clorita o
moscovita.
Los esquistos también
son rocas de la serie pelítico-grauváquica, formadas por un metamorfismo de
mayor intensidad que el responsable de la formación de las pizarras. Son rocas
de grano medio a grueso, formadas por minerales apreciables a simple vista. No
conservan texturas sedimentarias, y en ellos la materia orgánica se ha
transformado en grafito. Se rompen en capas con relativa facilidad debido a que
los minerales planares que los forman, fundamentalmente micas, están dispuestos
paralelamente entre sí.
El gneis es la roca de la serie
pelítico-grauváquica que corresponde a una mayor intensidad de metamorfismo: se
forman en condiciones de metamorfismo regional intenso, que transforma la
moscovita en ortosa. Son rocas de grano medio a grueso, formadas por cuarzo,
ortosa y biotita, que pueden perder la esquistosidad, pero conservan una
estructura orientada bien definida por la disposición de los cristales negros
de biotita. Se distingue entre ortogneis, que procede de rocas magmáticas, y el
paragneis, que se ha formado a partir de rocas sedimentarias.
La anfibolita está formada fundamentalmente por
hornblenda y plagioclasa, y presenta una foliación menos marcada que los
esquistos. Las eclogitas son rocas parecidas en composición
a basaltos y gabros, formadas por metamorfismo de alto grado en ausencia de
agua. Sus principales minerales son el granate y los piroxenos.
La cuarcita es el resultado del metamorfismo regional o de contacto de areniscas ricas en cuarzo. No presenta foliación, y se posee cristales de tamaño grande. Elmármol, por su parte, posee las mismas características (cristales de grano grueso, sin foliación) porque se ha formado en las mismas condiciones, pero partiendo de rocas carbonatadas, como calizas o dolomías.
Las corneanas son rocas formadas como resultado de metamorfismo de contacto, por lo que tienen grano fino y no presentan foliación.
Metamorfismo y tectónica
La cuarcita es el resultado del metamorfismo regional o de contacto de areniscas ricas en cuarzo. No presenta foliación, y se posee cristales de tamaño grande. Elmármol, por su parte, posee las mismas características (cristales de grano grueso, sin foliación) porque se ha formado en las mismas condiciones, pero partiendo de rocas carbonatadas, como calizas o dolomías.
Las corneanas son rocas formadas como resultado de metamorfismo de contacto, por lo que tienen grano fino y no presentan foliación.
Metamorfismo y tectónica
Las condiciones que se dan en losbordes constructivos son baja presión, temperatura no muy
elevada y presencia de fluidos ricos en minerales. En estas condiciones el
metamorfismo que se produce es el de fondo oceánico. El proceso más importante
que tiene lugar en él es la sustitución de los minerales máficos por otros
estables a menor temperatura.
En los bordes destructivos se producen fenómenos metamórficos muy complejos, destacando la existencia de dos "cinturones" de metamorfismo de diferentes condiciones. El cinturón más externo se caracteriza por alta presión y temperatura relativamente baja, y se localiza en la zona de contacto entre las placas. El segundo es una zona de metamorfismo de contacto, de alta temperatura y baja presión, producido por el ascenso del magma que se ha producido debido a la subducción.
En los bordes destructivos se producen fenómenos metamórficos muy complejos, destacando la existencia de dos "cinturones" de metamorfismo de diferentes condiciones. El cinturón más externo se caracteriza por alta presión y temperatura relativamente baja, y se localiza en la zona de contacto entre las placas. El segundo es una zona de metamorfismo de contacto, de alta temperatura y baja presión, producido por el ascenso del magma que se ha producido debido a la subducción.
En estas zonas también se produce
metamorfismo de enterramiento asociado a los depósitos sedimentarios de las
fosas oceánicas.
