METAMORFISMO Y ROCAS METAMÓRFICAS I

 

METAMORFISMO

Se denomina METAMORFISMO al proceso por el cual determinadas rocas ya existentes se transforman en otras de características distintas al modificarse las condiciones de presion y temperatura en que estas se encontraban. Es decir, el conjunto de transformaciones que sufren las rocas en estado sólido, al quedar sometidas a grandes aumentos de presión y/o temperatura.

Metamorfismo significa literalmente "cambio de forma"

Así, cuando en el interior de la corteza, las rocas son sometidas a altas presiones y temperaturas, sin que lleguen a alcanzarse las condiciones para que se produzca su fusión, los minerales que las componen experimentan cambios químicos y físicos, y como resultado, la roca cambia su composición mineral y su aspecto, aunque su composición química global se mantenga prácticamente inalterada.

Este proceso se denomina metamorfismo y las rocas resultantes son las rocas metamórficas.

 

 

AMBIENTE METAMÓRFICO Y CICLO DE LAS ROCAS

El campo de actuación del metamorfismo es muy amplio, de forma que una roca ya comienza a experimentar transformaciones desde el momento en que se han depositado los sedimentos en una cuenca. Por ello conviene separar el conjunto de procesos que implican transformaciones en los sedimentos y en las rocas hasta llegar a definir el comienzo y límites del proceso metamórfico.

Las rocas metamórficas pueden proceder de sedimentarias, igneas o incluso metamórficas.

Ciclo de las rocas (ciclo petrogenético)

ver animación ciclo de las rocas

 

El metamorfismo tiene lugar cuando las rocas están sometidas a condiciones diferentes a las de su formación.

Tres ambientes:

1.- Por la proximidad de una masa ignea: Metamorfismo de contacto (calor)

2.- En zonas de falla: Metamorfismo cataclástico o dinámico. El menos común

3.- Durante las orogenias: altas temperaturas y altas presiones: Metamorfismo regional o termodinámico.

 

 

El mayor volumen de rocas metamórficas se produce durante el metamorfismo regional

 

Los cambios metamórficos que se van a producir en las rocas, son un continuo, desde un cambio ligero (bajo grado. pizarra) a cambios notables (alto grado: gneis). Los cambios que se van a producir son texturales y mineralógicos.

 

 

FACTORES DEL METAMORFISMO

Los factores del metamorfismo son tres (o cuatro, depende como se considere):

- Calor
- Presión litostática
- Presión o esfuerzos dirigidos
- Presencia de agua y otros fluidos

Durante el metamorfismo suelen actuar los tres. Sin embargo el grado de metamorfismo y la contribución de cada uno varía dependiendo de cada ambiente.

En el metamorfismo de bajo grado, la presión y temperatura solo son un poco mayores que las asociadas con la diagénesis de los sedimentos.

En el metamorfismo de alto grado, implica fuerzas tectónicas y temperaturas extremas próximas a aquellas en las que se funden las rocas.

La presencia de fluidos desde un magma (especialmente agua con iones) puede cambiar sustancialmente las rocas.

Calor

Quizá sea el factor más importante porque proporciona la energía que impulsa los cambios químicos que se traducen en la recristalización de los minerales.

Lo más frecuente es la presencia de un masa magmática. El efecto será mucho mayor cuanto mayor sea la diferencia o contraste de temperatura (especialmente esto ocurre cerca de la superficie).

 

Presión y esfuerzo

Presión litostática, de carga o de confinamiento (Pl). También la presión aumenta con la profundidad. Se produce por el peso de los materiales superiores, rocas suprayacentes, la acumulación de sedimentos o la existencia de mantos de corrimiento. Este tipo de presión es similar a la presión hidrostática y se ejerce en todas las direcciones.

Produce un aumento de la densidad de las rocas. Más compactas.

 

Presión tectónica, dirigida o stress (Pt) (Orogenias). Introduce además una presión de componente horizontal debido a fuerzas orogénicas, por el empuje entre placas.

En este caso, la presión es de origen tectónico, y como tal, se produce en una dirección y sentido determinados.

Lo habitual es que estas fuerzas sean compresivas. No obstante en ocasiones los esfuerzos son tensionales.

Las rocas pueden llegar a triturarse si se encuentran en una zona de falla.

Resultado de la presión dirigida

 

Presencia de agua u otros fluidos

Los fluidos químicamente activos potencian también los procesos metamórficos. Lo más habitual es que el fluido sea agua que contenga iones en solución

Esta agua es la contenida en los poros de todas las rocas y de los enlaces químicos (minerales hidratados). Al aumentar la presión, se reduce el volumen de los poros y el agua es expulsada. También el calentamiento causa la deshidratación de los minerales y liberación del agua. Al aumentar la presión y la temperatura los silicatos se deshidratan y los carbonatos sufren descarboxilaciones. Ello hace que se libere una fase fluida. Así, se liberan fluidos (H2O y CO2 principalmente) en forma de pequeñas gotas.

En unos casos el agua promueve la recristalización de los minerales formando configuraciones más estables. En otros casos el intercambio iónico entre los minerales forma minerales completamente nuevos (minerales metamórficos).

En las dorsales oceánicas el agua del mar circula a través de las rocas basálticas todavía calientes y transforman los minerales ricos en hierro y magnesio en minerales metamórficos como la serpentina y el talco.

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TIPOS DE METAMORFISMO

Aunque la presión y la temperatura no son factores independientes, podemos dividir los tipos de metamorfismo de acuerdo a cuál ha sido el principal agente o factor que ha producido el fenómeno del metamorfismo.

Según predomine uno u otro se distinguen varios tipos de metamorfismo.

1.- Metamorfismo de impacto

2.- Metamorfismo Dinámico o Dinamometamorfismo

3.- Metamorfismo de Contacto

4.- Metamorfismo Dinamotérmico o termodinámico (= Regional)

 

1.- METAMORFISMO DE IMPACTO

Es un caso especial de metamorfismo por ondas de choque que se produce en zonas donde han caído meteoritos.

Se producen temperaturas y presiones muy elevadas en breves momentos.

El resultado es un vidrio muy brechificado, en el que pueden aparecer minerales poco comunes (es el tipo de metamorfismo más extendido en otros cuerpos planetarios del S. Solar sin atmósfera).

Cráter de un meteorito

Brecha de impacto

 

 

2.- DINAMOMETAMORFISMO, METAMORFISMO DINÁMICO o CATACLÁSTICO

Cuando a la acción de la presión litostática (Pl) se le suma el efecto de la presión tectónica (Pt), que es una presión unilateral orientada, normalmente en sentido horizontal y que se debe a dislocaciones de bloques continentales.

Se suele producir en zonas relativamente superficiales de la corteza sometidas a las fuerzas orogénicas que ejercen fuertes presiones tangenciales. El principal efecto que produce son alteraciones estructurales (pizarrosidad) dando lugar a rocas con estructuras minerales orientadas.

 

Los efectos más patentes de esta presión dirigida son la aparición de planos de exfoliación perpendiculares a la dirección de la presión sufrida, la cual es la causa de la pizarrosidad o esquistosidad, típica de las pizarras

Metamorfismo en zonas de falla (cataclástico o dinámico)

Un tipo especial de dinamometamorfismo es el que se produce en zonas de fallas en las que el movimiento entre ambos bloques de falla produce la trituración de las rocas a uno y otro lado del plano de falla. El movimiento de bloques fallados produce una liberación de calor en la zona de fricción y en sus proximidades. A este proceso se le denomina brechificación.

Cerca de la superficie las rocas se comportan como un sólido frágil y frente a esfuerzos pueden fracturarse y dar lugar en el plano de falla a las denominadas brechas de falla compuestas por fragmentos aplastados y rotos.

Cuando ocurre en profundidad, las rocas son más plásticas y se transforman en planos alargados que proporcionan a la roca un aspecto foliado: milonitas (más finas). Las milonitas presentan estructuras y minerales neoformados en el proceso de fricción en el plano de falla.

Brechificación

Milonita

 

La brechificación también va a depender del tipo de roca. Así, rocas como el yeso van a presentar escasa brechificación mientras que rocas más duras como el granito y basalto originan amplias zonas de brechificación.

Aunque en algunas zonas como la falla de San Andrés son abundantes, este tipo de rocas metamórficas es muy pequeño en comparación con otros tipos de metamorfismo.

3.- METAMORFISMO TERMICO o DE CONTACTO

Se produce cuando un magma intruye en una roca más fría. Cuando un magma asciende a la superficie se produce un fuerte contraste térmico entre él y las rocas encajantes. De este modo se forma una aureola de Metamorfismo (aureola de contacto) alrededor de la masa magmática cuyo espesor varía desde unos pocos metros a cientos de metros de roca encajante.

Origina rocas corneanas o cornubianitas

A las rocas que sufren metamorfismo de contacto se las denomina rocas corneanas y son las que formaban parte de la roca encajante, y constituyen la aureola de contacto alrededor de la intrusión ignea.

 

Es precisamente ahí en la zona de contacto donde las rocas encajantes van a sufrir fundamentalmente transformaciones mineralógicas. La aparición de minerales como el granate o la wollastonita indican la existencia de este tipo de metamorfismo

Una intrusión va a provocar aureolas de metamorfismo concéntricas en relación al plutón o batolíto que están definidas por un cierto mineral índice en función de su mayor o menor proximidad al magma (por la temperatura y presencia de fluidos)

Rocas metamórficas formadas en una aureola de contacto

 

A cada intervalo de temperatura le va a corresponder un determinado mineral estable en las nuevas condiciones de presión y temperatura. Así, a partir de estos minerales en los que se puede conocer el intervalo de temperatura a la que se han formado constituyen los minerales índice que se utilizan para el estudio del metamorfismo de contacto (también existen minerales índice en el metamorfismo dinámico y regional).

Por ejemplo, en la serie arcillosa o pelítica:

A medida que aumenta la temperatura: Mineral índice Roca Clorita Biotita Andalucita Sillimanita (Pizarras) (Esquistos) (Micacitas) (Gneis)

 

La extensión de la aureola de contacto va a depender de:

- Naturaleza del magma: los magmas básicos producen una aureola mucho menos extensa que la que producen los magmas ácidos como puede observarse en los afloramientos que rodean a los batolitos graníticos.

- Naturaleza de la roca encajante: por ejemplo algunas rocas como las pizarras son muy sensibles a un nuevo metamorfismo por lo que darán una aureola más extensa. De la composición química de la roca caja o huesped (en las calizas las aureolas pueden alcanzar un espesor de 10 kms. Las areniscas mucho menor)

- Del tamaño del cuerpo intrusivo. El tipo de intrusión ignea (tamaño): batolito, dique, lacolito... A mayor superficie de contacto y volumen, mayor aureola de metamorfismo. Los pequeños cuerpos magmáticos como diques o sills tienen aureolas de pocos cms. Sin embargo, los batolitos poseen aureolas de varios kms de grosor.

- Disponibilidad de agua

 

 

4.- METAMORFISMO DINAMOTERMICO o REGIONAL

En este caso han operado conjuntamente la presión y la temperatura.

Es el proceso que más rocas metamórficas genera y se encuantra asociado con los fenómenos orogénicos. Dichos procesos pliegan y comprimen grandes segmentos de corteza dando lugar a las cordilleras.

Pero del mismo modo que al arrugarse se elevan grandes cantidades de material, también una cantidad de roca igual de voluminosa es empujada hacia abajo donde experimenta presiones y temperaturas elevadas. Es aquí en las raíces de las montañas donde se produce la actividad metamórfica más intensa.

Una parte del material llegará a fundirse originando magmas que ascenderán a la superficie produciendo metamorfismo de contacto. Por ello el metamorfismo regional incluye el metamorfismo de contacto y cataclástico.

 

Por ello el núcleo de las cordilleras está formado por rocas metamórficas mezcladas con ígneas que pueden llegar a aflorar a la superficie cuando se erosiona el material suprayacente.

El metamorfismo regional implica siempre grandes aumentos de temperatura y de presión, tanto dirigida, como de confinamiento y presencia de fluidos. Es decir, que siempre va a ser DINAMOTÉRMICO.

 

Localización del metamorfismo regional

Es característico de los bordes destructivos de placa, siendo de alta presión en la fosa oceánica y de alta temperatura en el borde de la placa que subduce. Es en los orógenos donde es el metamorfismo más ampliamente representado y presenta minerales metamórficos y con estructura de disyunción planar.

Zonas de Subducción: Se van a generar dos cinturones metamórficos, uno de alta presión, más próximo a la fosa, en el prisma de acreción de la placa que no subduce, y otro de alta temperatura por metamorfismo de contacto, alrededor de los magmas generados por la fusión de la placa que subduce.

 

Zonas de colisión continental: El metamorfismo regional de estas zonas, presenta una gran complejidad, puesto que puede mostrar características heredadas del periodo de subducción. Debido al proceso de colisión, en un primer momento se produce un metamorfismo de alta presión debido al apilamiento de grandes escamas tectónicas. Con posterioridad, comienza a producirse un aumento de la temperatura, variando las condiciones del metamorfismo, que puede llegar a borrar las huellas del los anteriores.

 

 

Zonas de Dorsal: Metamorfismo de fondo oceánico. En las zonas próximas a la dorsal, la circulación de agua procedente del magma, y del agua de mar infiltrada en las grietas y calentada por este, producen un metamorfismo muy característico en las rocas de los fondos oceánicos.

 

ver animación

 

 

Zonas del metamorfismo regional y minerales índice

Así existen minerales índice (indicadores) para los diferentes tipos de metamorfismo:

     - Minerales índice de metamorfismo dinámico (presión)

     - Minerales índice de metamorfismo de contacto (temperatura)

     - Minerales índice de metamorfismo dinámotérmico o regional (en este caso de temperatura y presión)

 

Minerales índice del metamorfismo dinamotérmico o regional

Además de cambios en la textura, se producen cambios en la mineralogía cuando pasamos de una zona de bajo grado a una de alto grado.

En las pizarras el primer mineral que se forma es la clorita (a los 200ºC) que será sustituida por moscovita y biotita. Los micaesquistos pueden contener granates y estaurolita. Y cerca de presiones y temperaturas de fusión se forma sillimanita (más de 600ºC).

ver minerales índice de metamorfismo regional

 

 

Finalmente, se habla de ultrametamorfismo cuando el aumento progresivo de P y T afecta a rocas metamórficas formadas con anterioridad.

 

ver vídeo metamorfismo

ver animación metamorfismo regional

ver animación Metamorfismo