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Geoqumica de los procesos metamrficos
1.- Metamorfismo
El metamorfismo agrupa las transformaciones mineralgicas,
texturales y estructurales de
las rocas preexistentes en estado slido, en respuesta a las
condiciones termodinmicas
externas (presin, temperatura, actividad del agua, etc.) e
internas (composicin qumica de
la roca) que son diferentes de las condiciones que existieron
durante la formacin de estas
rocas.
El metamorfismo se define como la suma de procesos fisicoqumicos
que, actuando muy
por debajo de la zona de meteorizacin, originan la reconstruccin
del material
componente de la roca, que permanece en estado slido,
produciendo cambios que afectan
la estabilidad fsica y qumica de un complejo mineral. En
consecuencia, el metamorfismo
conduce a la recristalizacin parcial o completa de una roca, con
produccin de nuevas
estructuras, texturas y nuevos minerales, pero sin cambiar la
composicin qumica global.
Se considera que el metamorfismo se inicia a temperaturas de
250-350C, que corresponde
a profundidades de unos 8-10 mil metros y una presin de
2.2-5.0Kbar.
La deshidratacin, que en la diagnesis es consecuencia de la
compactacin y expulsin del
agua intersticial, contina en el metamorfismo con la expulsin
del agua absorbida de la
superficie y de los espacios interlaminares de las arcillas, que
despus de esta etapa queda
slo en forma de hidroxilo en las micas, cloritas y anfboles, es
decir, forma parte de los
silicatos hidratados.
METAMORFISMO
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Otro efecto es la ruptura del estado metaestable de algunos
minerales detrticos que pueden
haber sobrevivido al ciclo sedimentario. El metamorfismo implica
sucesivos cambios
fsicos y qumicos provocados por el aumento de la temperatura
durante el sepultamiento
de los materiales en una cuenca sedimentaria.
2.- Los factores del metamorfismo:
Los cambios producidos en las rocas afectadas se deben a ciertos
factores como:
Temperatura (calor):
Es el agente fundamental del metamorfismo, debido a que favorece
y aumenta las
velocidades de las reacciones qumicas, que resultan en la
recristalizacin de los minerales.
Al mismo tiempo, segn vayan en aumento ste, los minerales que se
forman pueden
reaccionar con otros y dar lugar a composiciones mineralgicas
totalmente diferentes, pero
sin cambio de la composicin qumica original. El calor puede
provenir:
a) Del ascenso del magma debido a su estado incandescente, el
cual durante su
trayectoria hacia la superficie terrestre, a travs de las zonas
de debilidad, provoca
aumentos de temperatura en las rocas encajonantes,
b) Del calor ordinario que existe a profundidad, debido al grado
geotrmico, el cual se
incrementa un grado centgrado por cada 33m que se profundiza
(tericamente)
c) Del calor producido por la friccin de dos grandes masa que
son empujadas una
sobre la otra.
Presin:
Este agente produce cambios importantes en las rocas,
comprimiendo los tomos que
forman los minerales, lo que da lugar a un empaquetamiento ms
apretado, esto origina una
recristalizacin de los minerales existentes y adems la formacin
de nuevos minerales,
principalmente anhidros y ms densos. La presin puede ser de dos
tipos:
a) Presin de confinamiento o litosttica, que acta en todas las
direcciones, es
determinada por la profundidad, conduce a cambio de volumen y da
por resultado la
formacin de una trama regular.
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b) Presin diferencial o es fuerzo cortante, que acta en una
direccin, que
constituye uno de los factores que influye en la trama de las
rocas metamrficas.
Sus efectos varan desde el cambio de forma y orientacin de los
minerales, y
origina fracturas hasta los plegamientos complejos, es, por lo
tanto, un factor
importante para promover la recristalizacin de los minerales,
los deslizamientos
intergranulares, cambios de texturas y la reorientacin de los
granos.
Fluidos qumicamente activos:
Como es sabido, los magmas contienen grandes cantidades de gases
y vapores de agua
que al penetrar a travs de la red intergranular de las rocas
desempean un papel importante
en el metamorfismo de las rocas sobre las cuales actan.
El agua es el fluido activo principal, ayudada por el bixido de
carbono, los cidos brico,
clorhdrico y fluorhdrico y otras emanaciones de los plutones
magmticos, que actan
como catalizadores o disolventes, y facilitan las reacciones
qumicas y el ajuste mecnico y
promueve la recristalizacin de los minerales, que forman
configuraciones ms estables. Su
poder depende dela cantidad y clase de las emanaciones
magmticas, la presin a que
actan y la porosidad de las rocas invadidas.
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Estos fluidos conocidos como mineralizadores actan con dos
efectos principales:
a) Favorecen las reacciones entre los distintos minerales que
constituyen la roca
original, pero sin cambiar la composicin qumica global y
formando nuevos
minerales estables en las nuevas condiciones geolgicas. A este
proceso se llama
propiamente metamorfismo.
b) Introducen iones diferentes en la roca, que al reaccionar con
los minerales de sta,
formarn nuevos minerales de tal manera que la composicin qumica
final ser
diferente a la composicin original. A este proceso se le conoce
como
metasomatismo.
3.- Tipos de metamorfismo:
Metamorfismo regional: Caracterstico de las zonas orognicas, ya
sean de
subduccin o de colisin continental, afecta a grandes reas de la
corteza. Las rocas
de metamofismo regional presentan diferentes tipos de texturas
laminadas
(pizarrosidad, esquistosidad, bandeado) orientadas de forma
perpendicular a la
presin.
Metamorfismo de contacto: Es un metamorfismo de alta
temperatura, que se
produce en las rocas encajantes de un magma. En estas rocas se
produce una aureola
de metamorfismo ms intenso cuanto mayor es la proximidad al
magma (cambio
producido en las rocas invadidas por el magma intrusivo).
Metamorfismo de impacto: Se produce en zonas donde se ha
producido un choque
de meteoritos. Se producen temperaturas y presin muy elevadas en
breves
momentos. El resultado es un vidrio muy brechificado, en el que
pueden aparecer
minerales poco comunes.
Metamorfismo dinmico: En zonas de falla se produce en niveles
superiores la
trituracin mecnica de las rocas de contacto, producindose una
roca
caracterstica, denominada brecha de falla. En niveles
inferiores, aumenta la
temperatura y la circulacin de fluidos y con ellos la
recristalizacin. Se originan
unas rocas foliadas denominadas milonitas.
Metasomatismo: Es un metamorfismo no isoqumico (cambio de
composicin de
la roca). Se produce por la circulacin de fluidos hidrotermales
en las proximidades
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de un magma. Se producen intercambios de iones entre la roca y
el fluido,
generando nuevos minerales.
4.-Metamorfismo como proceso geoqumico
El metamorfismo tiende a producir rocas ms o menos uniformes en
grandes extensiones
de terreno, modificando o no la composicin qumica global de una
roca que puede
permanecer constante o cambiar, lo que lleva a distinguir:
Metamorfismo isoqumico
Si las reacciones tienen lugar entre los minerales de las rocas
(sistema cerrado) sin que las
soluciones circulantes aporten mayormente elementos al sistema,
el metamorfismo es
isoqumico en este caso, las soluciones cumplen las funciones de
estimular y acelerar las
reacciones qumicas, de tal manera que la composicin global de
las rocas no es afectada.
SiO2 + CaCO3----------- > CaSiO3 + CO2
Cuarzo calcita wollastonita
En este caso, hay un cambio de composicin como resultado de la
prdida del CO2, por lo
cual si el cambio es slo de voltiles, el metamorfismo se
considera como isoqumico, el
cual se refiere a los elementos y compuestos fijos.
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Metamorfismo aloqumico
Es un tipo de metamorfismo en el que cuando las soluciones
circulantes reaccionan con los
minerales de las rocas ( sistema cerrado) y modifican la
composicin qumica global de la
roca, aportando nuevos elementos qumicos que dan lugar a la
formacin de nuevos
minerales, este metamorfismo es aloqumico y se le denomina
metasomatismo. Un
ejemplo muy comn de metasomatismo es la formacin del feldespato
albita (NaAlSi3O8)
en rocas micceas (pizarras, filitas, esquistos) con aporte de
sodio, o tambin la silificacin
de rocas de diversos tipos, en especial carbonatadas, por
crecimiento del cuarzo.
5.-Clasificacin qumica de las rocas metamrficas
Se definen cinco clases de secuencias metamrficas o clases
qumicas, en funcin de su
composicin qumica:
I. Pelticas (Al, K, Si): Proceden del metamorfismo de sedimentos
arcillosos de grano
fino (argilitas) y se caracterizan por una proporcin de almina
Al2O3 y potasio K2O
bastante.
II. Cuarzo-feldespticas (Si, Na, K,Al): Proceden del
metamorfismo de sedimentos
cuarzosos (areniscas, arcosas, grauvacas) o de rocas gneas cidas
(granitos,
granodioritas,etc). Se caracterizan por su alto contenido de
slice SiO2 y su baja
proporcin de Fe y Mg. Forman metacuarcitas, esquistos de cuarzo
y gneises.
III. Calcreas/ carbonticas (CaCO3): Proceden de calizas y
dolomas ricas en calcio.
Algunos contienen impurezas de Al2O3, SiO2 y MgO,etc.
IV. Mficas/bsicas (Fe,Mg,Ca): Proceden de las rocas volcnicas e
gneas bsicas
(basaltos, gabros,etc). Las rocas metamrficas tpicas de esta
secuencia contienen
clorita, actinolita y epidota si est presente suficiente agua en
temperaturas bajas. En
temperaturas altas se forman las anfibolitas con hornblenda y
plagioclasas y a
temperaturas muy altas se forman clinopiroxeno y
ortopiroxeno.
V. Magnesianas/ ultrabsicas (Mg,Fe,Ni,Cr): Proceden de las rocas
gneas ultrabsicas
(peridotitas, perixonitas,etc). Un ejemplo tpico del
metamorfismo de estas rocas
son las serpentinas, conteniendo
antigorita,crisotilo,magnesita,brucita y tremolita.
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6.-Algunos conceptos bsicos
6.1.- Principio de Riecke
Los granos minerales se disuelven parcialmente en los puntos de
contacto de mxima
presin y recristalizan en zonas de menor presin, adquiriendo
formas alargadas ms o
menos perpendiculares a la direccin del esfuerzo, lo que
conlleva a la modificacin de la
textura.
Principio de Riecke.
La presin dirigida origina disolucin parcial
en puntos de mxima presin litosttica.
El material disuelto se moviliza localmente
sobre los bordes de los granos y precipita en
zonas de menor presin. Esto da origen a
contactos cncavo-convexo, cementacin y
disminucin de la porosidad.
Al sellarse los poros, la superficie de
contacto entre granos aumenta y de
continuar el incremento de presin dirigida
el efecto de la disolucin ser mayor. En
condiciones metamrficas, algunos minera-
les se transforman.
Los nuevos minerales se desarrollan uno a
continuacin del otro en direccin perpendi-
cular a la de la presin formndose as texturas
esquistosas.
6.2.- Asociaciones minerales y paragenias
Se denomina asociacin al conjunto de minerales que forman una
roca y distinguimos con
el trmino paragenia mineral al conjunto de especies minerales
que coexisten en equilibrio,
es decir, a los que estn en contacto sin presentar bordes de
reaccin.
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Wollastonita (wo)Cuarzo (qz) Calcita (cac)
A B C
Concepto de asociacin mineral y paragenia (BUCHER & FREY,
1994).
En los tres casos la asociacin de minerales es qz-cac-wo. Las
paragenias difieren.
A) Roca homognea de paragenia qz-cac-wo. B) Roca homognea con
dos paragenias: qz-cac y qz-wo. C) Roca heterognea con dos
paragenias: qz-cac (arriba) y qz-wo (abajo).
Las asociaciones minerales y paragenias formadoras de rocas
metamrficas reflejan el
equilibrio alcanzado por el sistema durante el metamorfismo, en
consecuencia, su estudio
brinda informacin sobre las condiciones de presin y temperatura
alcanzada durante el
metamorfismo. La tabla presenta una lista de los principales
minerales formadores de rocas
metamrficas.
Clase/
Subclase Grupo Especie Abrev. Frmula
Nesosilicatos Olivino Fayalita fa Fe2SiO4
Forsterita fo Mg2SiO4
Granates Almandino alm Fe3Al2(SiO4)3
Grosularia grs Ca3Al2(SiO4)3
Piropo prp Mg3Al2(SiO4)3
Andalucita and Al2SiO5
Cianita ky Al2SiO5
Silimanita sill Al2SiO5
Estaurolita st (Fe,Mg,Zn)2Al9(Si,Al)4O22(OH)2
Cloritoide clt (Fe,Mg)Al2SiO5(OH)2
Esfena (Titanita) sfn CaTiSiO5
Safirina sfr (Mg,Al)8(Al,Si)6O20
Sorosilicatos Vesubianita vsb Ca19Fe(Mg,Al)8Al4(SiO4)10
(Si2O7)4(OH)10
Epdota ep Ca2 (Fe,Al)3(SiO4)3(OH)
Zoisita zo Ca2Al3(SiO4)3(OH)
Pumpellyita pmp CaFeAl2(SiO4)(SiO7)(OH)2 . H2O
Lawsonita lws CaAl2Si2O7(OH)2 . H2O
Ciclosilicatos Cordierita crd Mg2Al4Si5O18
Inosilicatos Piroxenos Diopsido dp CaMgSi2O6
Enstatita en Mg2Si2O6
Hedenbergita hd CaFeSi2O6
Jadeita jd Na(Al,Fe)Si2O6
Piroxenoide Wollastonita wo CaSiO3
Anfboles Actinolita act Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2
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Cummingtonita cum (Fe,Mg)7Si8O22(OH)2
Glaucofana gln Na2(Mg,Fe)3Al2Si8O22(OH)2
Hornblenda hn Ca2(Fe,Mg)4Al(Si7Al)O22(OH,F)2
Omfacita omf (Ca,Na)(Mg,Fe,Al)Si2O6
Riebeckita rbk Na2(Fe,Mg)3Fe+3Si8O22(OH)2
Tremolita tr Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2
Filosilicatos Prehnita prh Ca2Al2Si3O10(OH)2
Arcillas Pirofilita prl Al2Si4O10(OH)2
Talco tc Mg3Si4O10(OH)2
Micas Muscovita mus KAl2(Si3Al)O10(F,OH)2
Paragonita prg NaAl2(Si3Al)O10(OH)2
Flogopita phl KMg3Si3AlO10(F,OH)2
Biotita bt K(Mg,Fe)3(Al,Fe)Si3O10(OH,F)2
Margarita mgt CaAl2(Si2Al2)O10(OH)2
Lepidolita lpd K(Li,Al)3(Si,Al)4O10(F,OH)2
Serpentinas Serpentina srp (Mg,Fe,Ni)3Si2O5(OH)4
Cloritas Clinocloro chl (Mg,Fe+2)5Al(Si3Al)O10(OH)8
Tectosilicatos Slice Cuarzo qz SiO2
Feldespatos Ortosa or KAlSi3O8
Microclina mcl KAlSi3O8
Plagioclasas Albita ab NaAlSi3O8
Anortita an CaAl2Si2O8
Zeolitas Laumontita lmt CaAl2Si4O12 . 4H2O
xidos Corindn cor Al2O3
Periclasa per MgO
Espinela spl MgAl2O4
Hidrxidos Brucita brc Mg(OH)2
Carbonatos Calcita cac CaCO3
Dolomita dlm CaMg(CO3)2
Aragonito arg CaCO3
7.-Facies metamrficas
Una facies metamrfica designa a un grupo de rocas caracterizadas
por un conjunto
definido de minerales formados bajo condiciones metamrficas
similares. Los sucesivos
grados de metamorfismo estn representados por las facies
(Eskola, 1939).
Diferentes protolitos sometidos a las mismas condiciones de
presin y temperatura (P1T1)
tendrn cada cual una paragenia tpica de dichas condiciones.
Todas esas paragenias
constituyen las facies correspondientes a las condiciones
P1T1
Las facies metamrficas en orden creciente de condiciones de PT
son las siguientes: Sub
esquistos verdes, Esquistos verdes, Anfibolitas, Granulitas,
Esquistos azules y Eclogitas.
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KySill
And
200 400 600 800 10000
0
Temperatura (C)
4
8
12
16
20
Metamorfismo de contacto
No se verif ica
en la t ierra
Diagrama PT que muestra los campos de las facies metamrficas.
Los lmites son difusos debido a
las variaciones de estabilidad de las paragenias provenientes de
diferentes protolitos.
Algunas de las paragenias ms representativas de diferentes
facies metamrficas.
Facies Minerales
indicadores Abrev. Frmula
Paragenias
representativas
Sub esquistos
verdes
Laumontita lmt CaAl2Si4O12 . 4H2O lmt
prh-pmp
prh-act
pmp-act
prl
Prehnita prh Ca2Al2Si3O10(OH)2
Pumpellyita pmp CaFeAl2(SiO4)(SiO7)(OH)2 . H2O
Actinolita act Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2
Pirofilita prl Al2Si4O10(OH)2
Esquistos verdes
Actinolita act Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2
act-chl-ep-ab
clt
Clorita chl (Mg,Fe+2)5Al(Si3Al)O10(OH)8
Epidota ep Ca2 (Fe,Al)3(SiO4)3 (OH)
Albita ab NaAlSi3O8
Cloritoide clt (Fe,Mg)Al2SiO5(OH)2
Esquistos azules
Glaucofana gln Na2(Mg,Fe)3Al2Si8O22 (OH)2 gln
lws
jd
arg
NO SE FORMA: bt
Lawsonita lws CaAl2Si2O7(OH)2 . H2O
Jadeita jd Na(Al,Fe)Si2O6
Aragonito arg CaCO3
Biotita bt K(Mg,Fe)3(Al,Fe)Si3O10 (OH,F)2
Anfibolitas
Hornblenda hn Ca2(Fe,Mg)4Al(Si7Al)O22(OH,F)2 hn-PG
st Plagioclasa PG CaAl2Si2O8
Estaurolita st (Fe,Mg,Zn)2Al9(Si,Al)4O22(OH)2
Granulitas
Enstatita en Mg2Si2O6
OPX-CPX-PG
sfr
krn
NO SE FORMA: st
NO SE FORMA: mus
Diopsido dp CaMgSi2O6
Plagioclasa PG CaAl2Si2O8
Safirina sfr (Mg,Al)8(Al,Si)6O20
Kornerupina krn Mg4(Al,Fe)6Ti(Al2Si6)O22(OH)2
Estaurolita st (Fe,Mg,Zn)2Al9(Si,Al)4O22(OH)2
Muscovita mus KAl2(Si3Al)O10(F,OH)2
Eclogita
Omfacita omf (Ca,Na)(Mg,Fe,Al)Si2O6 omf-GRT
NO SE FORMA: PG Granate GRT
Plagioclasa PG CaAl2Si2O8
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7.1.- Clasificacin de los grados metamrficos segn Winkler
H.G.F. Winkler introdujo una divisin muy simple para clasificar
a las rocas metamrficas
por su grado de metamorfismo, ya que el supone que el trmino
Facies viola su propia
definicin. En algunos casos muchos minerales diferentes forman
parte de una sola facies y
los lmites no estn bien definidos.
En cambio los lmites de los grados de metamorfismo estn
escogidos de tal manera que
correspondan a importantes reacciones discontinuas, las cuales
pueden ser reconocidas en
el campo como isgradas mayores.
Estos lmites se pueden correlacionar con las facies metamrficas
segn el siguiente
cuadro:
8.-Las rocas metamrficas
La roca original anterior al metamorfismo (protolito) va a
condicionar el tipo de roca que se
va a generar.
Procedentes de rocas sedimentarias:
Metapelitas: Proceden del metamorfismo de rocas arcillosas. Se
caracterizan por
poseer texturas orientadas (pizarrosidad, esquistosidad,
bandeada). Segn va
aumentando el grado de metamorfismo, forman una serie: pizarras,
esquistos,
gneises (estrictamente paragneises para diferenciarlos de los de
origen gneo).
Cuarcitas: Proceden del metamorfismo de areniscas silceas.
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Mrmoles: Proceden del metamorfismo de rocas calizas. Se
presentan muy
recristalizadas, pero aun as, se pueden conservar fsiles.
Procedentes de rocas magmticas:
Ortogneises: Proceden del metamorfismo de una roca gnea cida (de
composicin
grantica), son muy difciles de diferenciar de los que proceden
de una arcilla.
Metabasitas: Proceden del metamorfismo de rocas gneas bsicas (de
composicin
basltica) y ultrabsica. Las ms caractersticas son las
anfibolitas, eclogitas y las
granulitas.
Segn las caractersticas y tipo de metamorfismo de la lista de
rocas tenemos que se
encuentran ubicadas de la siguiente manera.
Diagrama P (presin) T (temperatura)- Facies metamrficas
