Tema9
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GEOGRAFIA FISICA GENERAL • UD9: Materiales de la corteza terrestre. Mineral: sustancia inorgánica y natural con una composición química definida y una estructura atómica característica Roca: agregado de minerales en estado sólido En general existen cuatro grupos de rocas: - Sedimentos: producto de la meteorización-erosión y transporte: rocas blandas como arena y grava. - rocas sedimentarias: por temperatrura, presión y transformaciones químicas un sedimento blando puede cambiarse a una roca sedimentaria (dura). Este proceso se llama diagenesis. - rocas ígneas o magmáticas: rocas que tienen su origen en la cristalización de un magma (fundición). Incluye dos subgrupos: rocas intrusivas y rocas extrusivas - rocas metamórficas: Si una roca sufre temperaturas más de 200°C y presion se cambiará a una roca metamorfica Una roca puede pasar a ser otro tipo de roca por causa de cambios físicos y/o químicos como la meteorización / erosión que puede afectar una roca ígnea para formar un sedimento. Plutonitas holocristalinas cristales con formas aproximadamente propias (hipidiomorfico) Vulcanitas Rocas sedimentarias Metamorfitas masa basica densa (microcristalinas granulares o densas, rocas holocristalinas, los cristales a menudo son o vidreosas) con inclusiones sedimentarias clasticas tienen reconocibles macroscopicamente a menudo macroscopicamente reconocibles granos rollizos estructura porfiroblástica Inclusiones con formas propias (idiomórfas) en parte secundariamente transformadas irregulares y granulares a menudo textura fluidal, minerales son distribuidos componentes en parte orientados irregularmente, homogéneas según su forma rocas de precipitación a menudo de cristales muy finos cristales xenomórfos hasta cristales idiomórfos a menudo estratificación en general texturas secundarias las cuales no tienen que coincidir con las texturas primarias masivas sin intersticios masivas o porosas hasta espumosas con porosidad sin intersticios, sin porosidad Ej.: Granito, Diorita, Gabro Ej.:Riolita, Andesita, Basalto Ej.: Caliza, Arenisca, Lutita Ej.: Gneis, Esquistos, Marmol Rocas Intrusivas En las zonas profundas de la litosfera la presión, temperatura y la composición química de los materiales, son muy distintos a los que existen en la superficie por lo cual se forman rocas características de esta zona llamadas rocas intrusivas, por haberse originado al interior de la corteza terrestre y el manto. La estabilidad de un mineral o de una roca depende de los factores físico-químicos a que esté sometida; sobrepasados ciertos limites, los minerales de la roca se ordenan de distinta forma originándose un nuevo mineral o un nuevo tipo de roca. Las rocas de la corteza terrestre en las zonas superficiales están formadas por un conjunto de minerales que, al aumentar la presión y la temperatura, que a medida que alcanzan zonas más profundas dejan de ser estables, reaccionan entre sí y dan origen a una nueva composición mineralógica. Consolidación del magma Un magma es una mezcla muy compleja de silicatos fundidos, a temperaturas elevadas, entre 700º y 1000º, con una proporción de agua y otros compuestos volátiles que a grandes presiones pueden permanecer en el magma. Los compuestos del magma tienen gran importancia pues hacen que la mezcla sea mas fluida y permiten que el magma permanezca fluido a temperaturas relativamente bajas. Estos compuestos al desprenderse del magma facilitan su ascensión durante una erupción volcánica. Cuando un magma se enfría, comienzan a formarse cristales de ciertos minerales, según un orden que no siempre coincide con el punto de fusión de los minerales, cuando los consideramos aisladamente. Existe un rango de temperaturas, a lo largo del cual se va produciendo la cristalización del magma y en cada momento los cristales que se van formando son diferentes, hablamos entonces de una cristalización fraccionada. Diferenciación magmática Como la cristalización de un magma es fraccionada, en un determinado momento coexistirá una parte sólida que contiene los cristales ya formados y una parte liquida (residuo) que esta fundido. Las dos fracciones contendrán composiciones diferentes pero la suma tendrá la composición inicial del magma. Luego se pueden separar las dos fracciones del magma sólido y liquida formándose dos rocas distintas entre sí y diferentes al magma que las formó. Los mecanismos de separación pueden ser varios, él más frecuente es por diferencia de densidad los mas pesados se irán al fondo donde se produce la consolidación del magma; los minerales mas pesados son por lo general los ferromagnesianos (olivino, piroxenos) y las rocas en el fondo de una masa plutonica serán más básicas que en la superficie Las rocas ígneas o magmáticas se puede subdividir en 2 grupos. Los dos más importantes serían: 1. las rocas intrusivas (cristalización en altas profundidades, dentro de la tierra), 2. las rocas extrusivas o volcánicas (cristalización a la superficie de la tierra). a) subgrupo de las rocas subvolcanicas o hipabisales (cristalización dentro de la tierra pero en sectores cercanos a la superficie b) el grupo de las rocas piroclásticas que se forman en conjunto con procesos atmosféricos como el viento. Origen y textura de las rocas ígneas Un cuerpo de rocas cristalizado en altas profundidades se llama intrusión. Cuerpos intrusivos muy grandes se llaman batolitos. Intrusiones y batolitos tienen un techo, es el sector del contacto arriba con las rocas de caja. Algunas veces se caen rocas de la caja al magma que no se funden. Este trozos extraños se llaman xenolitos. Un cuerpo intrusivo con un ancho de algunos kilómetros contiene una energía térmica tremenda y va a afectar las rocas de caja en una zona de contacto. Las rocas de este zona se convierten a causa de la temperatura a rocas metamórficas ( metamorfísmo de contacto). Generalmente un magma tiene un peso especifico menor como una roca sólida, por eso un magma puede subir hacia arriba apoyado por la alta presión y por los gases adentro del magma y como factor muy importante por un régimen tectónico de expansión. Sí el magma sube hacia la superficie se va a formar un volcan. Pero algunas veces no alcanza para subir hacia la superficie por falta de presión, y entonces se forman diques , stocks y lacolitos que pertenecen a las rocas hipabisales. La variabilidad de las rocas magmáticas se basa en los procesos de su formación mencionados en lo siguiente: a) Formación de magmas primarios diferentes en el manto superior. b) Formación de magmas en la corteza oceánica profundamente hundida. c) Diferenciación de estos magmas por cristalización fraccionada. d) Interacción de los magmas de origen profundo con las rocas de la corteza terrestre y su evolución por medio de diferenciación y otros procesos. Clasificación por el contenido de SiO2 Una clasificación simple de las magmatitas se basa en su contenido en SiO2, se distingue: magmatitas ácidas: >65% de SiO2 magmatitas intermedias: 65 - 52% de SiO2 magmatitas básicas: 52 - 45% de SiO2 magmatitas ultrabásicas: <45% de SiO2 La nomenclatura siguiente se funda en las reglas de la Unión Internacional de las Ciencias Geológicas. Dichas reglas se presenta en el triángulo doble de Streckeisen. En el caso de las plutonitas y diques completamente cristalinos la clasificación se basa en el contenido mineral modal. El contenido mineral modal significa la participación cuantitativa de los minerales en porcentajes de volumen global de la roca en cuestión y se puede determinarlo cuantitativamente. Diagrama de STRECKEISEN (Triangulo doble de STRECKEISEN) Composición química Las rocas ígneas están compuestas fundamentalmente por silicatos (SiO 44-); estos elementos, más los iones aluminio (aluminosilicatos), calcio, sodio, potasio (feldespatos), magnesio y hierro constituyen aproximadamente el 98 % en peso de los magmas. Cuando éstos se enfrían y solidifican, dichos elementos se combinan para formar dos grandes grupos de silicatos: - Silicatos oscuros o ferromagnésicos. Son minerales ricos en hierro y en magnesio y bajo contenido en sílice. Por ejemplo, el olivino, el anfíbol y el piroxeno. Silicatos claros (leucocráticos) (minerales félsicos). Son minerales con mayores cantidades de potasio, sodio y calcio que de hierro y magnesio, y más ricos en sílice que los oscuros. El cuarzo, la moscovita y los feldespatos pertenecen a este grupo. El orden de los minerales ferro-magnesianos es el siguiente: olivino-piroxeno-anfibolas-biotita para minerales leucocraticos: plagioclasas cálcicas-plagioclasas sódicas-ortosa-cuarzo Olivino: grupo de los nesosilicatos, el nombre se suele ocupar con especial referencia a la principal solución sólida del grupo que es entre forsterita (Mg2SiO4) y fayalita (Fe2SiO4). (silicatos de hierro y magnesio sin aluminio) Piroxenos: grupo de inosilicatos que contiene aluminio junto a otros minerales (Calcio, Sodio, Manganeso junto a cromo, hierro, magnesio y titanio) Anfibol: grupo de inosilicatos de calcio, magnesio y hierro (hornblenda) Biotita: filosilicato de hierro y aluminio, (grupo de las micas) Feldespatos: tectosilicato que suponen en volumen el 60% de la corteza terrestre. La composición de feldespatos constituyentes de rocas corresponde a un sistema ternario compuesto de ortoclasa (KAlSi3O8), albita (NaAlSi3O8) y anortita (CaAl2Si2O8) Se dividen en los grupos siguientes: Feldespatos potásicos, que son monoclínicos, entre los que están: ortosa, hialofano y anortoclasa. Plagioclasas (feldespatos de calcio o sodio), que son triclínicos, entre los que están: albita, andesina, anortita, banalsita, bytownita, dmisteinbergita y labradorita. Los minerales silíceos se diferencian en su sensibilidad a la alteración. De más a menos suceptibles son: OLIVINO – PIROXENO – ANFIBOLES – BIOTITA –FELDESPATOS PLAGIOCLASA SODICOS – FELDESPATOS POTASICOS – MICA MOSCOVITA - CUARZO LOS SILICATOS son el grupo de minerales de mayor abundancia, pues constituyen más del 95% de la corteza terrestre, además del grupo de más importancia geológica por ser petrogénicos, es decir, los minerales que forman las rocas. Todos los silicatos están compuestos por silicio y oxígeno. Estos elementos pueden estar acompañados de otros entre los que destacan aluminio, hierro, magnesio o calcio. Las propiedades de los silicatos dependen más de la estructura cristalina en que se disponen sus átomos que de los elementos químicos que constituyen su fórmula. Más concretamente, dependen de la forma en que se dispone y enlaza con los iones la unidad fundamental de los silicatos, el tetraedro de (SiO4)4-. La diferencia entre los distintos grupos es la forma en que estos tetraedros se unen. Se distinguen así las siguientes subclases: Nesosilicatos: Con tetraedros sueltos, de forma que cada valencia libre del tetraedro queda saturada por un catión distinto del silicio. Sus fórmulas serán (SiO4)4-. Se agrupan en: Zircón, Olivino y Granate Sorosilicatos: Con dos tetraedros unidos por un vértice para formar un grupo (Si2O7)6-. Se agrupan en: Epidota, Melilita, Torveitita, Hemimorfita, Lawsonita Ciclosilicatos: Con grupos de tres, cuatro o seis tetraedros, unidos en anillo. Se agrupan en: Turmalina, Berilo (esmeralda), Cordierita Inosilicatos: Con grupos de tetraedros unidos en largas cadenas de longitud indefinida. Los más comunes son los que presentan cadenas simples, los llamados piroxenos, mientras que los llamados anfíboles tienen cadenas dobles. Esta estructura dota a estos minerales de hábito fibroso. Se agrupan en: Piroxeno, Anfíbol Filosilicatos: Con tetraedros unidos por tres vértices a otros, formando una red plana que se extiende en un plano de dimensiones indefinidas. Esta estructura dota a estos silicatos de hábito foliado. Se agrupan en: Clorita, Micas, Talco, Pirofilita, Serpentinas, Caolinita Tectosilicatos: Con tetraedros unidos por sus cuatro vértices a otros tetraedros, produciendo una malla de extensión tridimensional, compleja. La sustitución de silicio por aluminio en algunos tetraedros permite que en la malla se coloquen cationes. Se agrupan en: Cuarzo, Tridimita, Cristobalita, Feldespatos, Zeolita, Escapolita Las rocas ígneas pueden clasificarse, en función de la proporción de silicatos claros y oscuros, como sigue: - - - - Rocas félsicas o de composición granítica. Son rocas ricas en sílice (un 70 %), en las que predomina el cuarzo y el feldespato, como por ejemplo el granito y la riolita. Son, en general, de colores claros, y tienen baja densidad. Además de cuarzo y feldespato poseen normalmente un 10 % de silicatos oscuros, usualmente biotita y anfíbol. Las rocas félsicas son los constituyentes principales de la corteza continental. Rocas andesíticas o de composición intermedia. Son las rocas comprendidas entre las rocas félsicas y máficas. Reciben su nombre por la andesita, las más común de las rocas intermedias. Contienen al menos del 25 % de silicatos oscuros, principalmente anfíbol, piroxeno y biotita más plagioclasa. Estas rocas están asociadas en general a la actividad volcánica de los márgenes continentales (bordes convergentes). Rocas máficas o de composición basáltica. Son rocas que tienen grandes cantidades de silicatos oscuros (ferromagnésicos) y plagioclasa rica en calcio. Son, normalmente, más oscuras y densas que las félsicas. Los basaltos son las rocas máficas más abundantes ya que constituyen la corteza oceánica. Rocas ultramáficas. Roca con más de 90 % de silicatos oscuros. Por ejemplo, la peridotita. Aunque son raras en la superficie de la Tierra, se cree que las peridotitas son el constituyente principal del manto superior. Composición Origen Félsicas Andesíticas Máficas Ultramáficas Intrusivo Granito Diorita Gabro Peridotita Extrusivo Riolita Andesita Basalto Komatita TEXTURA DE LAS ROCAS IGNEAS Hace referencia al tamaño de los cristales y a la ordenación de los cristales de diferentes medidas que las componen. El enfriamiento gradual de un magma encerrado entre rocas sólidas forma grandes cristales (textura de grano grueso) (rocas intrusivas). Las lavas, por su parte (rocas extrusivas) se enfrían rápidamente y da pequeños cristales y dan una roca de textura de grano fino. Si la solidificación es muy rápida da lugar a vidrios volcánicos (su variedad negra es la obsidiana), Si los gases que contiene el magma se expanden llena la rocas que se enfrían de cavidades y origina una roca porosa (escoria o pumita) Rocas sedimentarias Pueden clasificarse por su génesis en: Rocas detríticas, formadas por acumulación de derrubios procedentes de la erosión y depositados por gravedad. Éstas a su vez se clasifican sobre todo por el tamaño de los clastos, que es el fundamento de la distinción entre conglomerados, areniscas y rocas arcillosas. Rocas organógenas, las formadas con restos de seres vivos. Las más abundantes se han formado con esqueletos fruto de los procesos de biomineralización; algunas, sin embargo, se han formado por la evolución de las partes orgánicas (de la materia celular), y se llaman propiamente rocas orgánicas (carbones). Rocas químicas o rocas de precipitación química, formadas por depósito de sustancias previamente disueltas o neoformadas por procesos metabólicos; en este último caso se llaman fósiles. El mayor volumen corresponde a masas de sales acumuladas por sobresaturación del agua del mar que se llaman evaporitas, como el yeso y la sal gema. Margas, mezcla de rocas detríticas y rocas químicas (de origen químico). Por su composición se clasifican en: Terrígenas (arcilla o limo (lutita), conglomerado, arenisca, etc.). Sedimentación y diagénesis de partículas de origen continental, sin o con influencia de precipitación de carbonatos marinos (marga). Carbonatadas (creta, caliza, dolomita, etc.) Silíceas (Diatomita, radiolarita, calcedonia, caolín, etc.) Sedimentación y diagénesis de partículas orgánicas silíceas; o de meteorización de granitos cuarzosos. Orgánicas (carbón mineral, petróleo, etc.). Reducción de sedimentos orgánicos en medios palustres. Ferro-aluminosas (limonita, laterita, etc.). De procesos de meteorización de menas férrico-alumínicas. Fosfatadas (fosforitas sedimentarias, turquesa, etc.). De sedimentación y transformación del guano, o a partir de la precipitación de geles fosfatados en medios alumínicos. ROCAS METAMORFICAS Las rocas metamórficas son las que se forman a partir de otras rocas mediante un proceso llamado metamorfismo. El metamorfismo se da indistintamente en rocas ígneas, rocas sedimentarias u otras rocas metamórficas, cuando éstas quedan sometidas a altas presiones (de alrededor de 1.500 bar), altas temperaturas (entre 150 y 200 °C) o a un fluido activo que provoca cambios en la composición de la roca, aportando nuevas sustancias a ésta. Al precursor de una roca metamórfica se le llama protolito Las rocas metamórficas se clasifican según sus propiedades físico-químicas. Los factores que definen las rocas metamórficas son dos: • los minerales que las forman • las texturas que presentan dichas rocas. Las texturas son de dos tipos, foliadas y no foliada. Textura foliada: Algunas de ellas son la pizarra (al romperse se obtienen láminas), el esquisto (se rompe con facilidad) y el gneis (formado por minerales claros y oscuros). Textura no foliada: Algunas de ellas son el mármol (aspecto cristalino y se forman por metamorfismo de calizas y dolomías), la cuarcita (es blanca pero puede cambiar por las impurezas), la serpentinita (que al transformarse origina el asbesto) y la cancagua. los principales tipos de metamorfismo dependen del carácter de la energía aportada para su puesta en marcha, que puede ser en forma de calor o en forma de presión: Metamorfismo térmico: Ocurre cuando la transformación de las rocas se debe solo a las altas temperaturas a las que se ven sometidas. A este tipo también se le denomina metamorfismo de contacto. Se da en circunstancias tales como la intrusión de magma en rocas ya existentes, como plutones, diques o diques concordantes. El mármol es un ejemplo de roca que se forma mediante estos procesos. Metamorfismo regional: Esta es la forma más común de metamorfismo. Ocurre cuando ambos factores, presión y temperatura, se dan a la vez. Estos procesos se dan en mayor medida en grandes profundidades y en regiones de formación de grandes montañas. Un ejemplo de roca que se forma mediante este tipo de proceso es la pizarra. Rocas metamórficas Roca Protolito Minerales principales Observaciones Antracita Corneana Hulla, lignito Carbono Es un tipo de carbón Caliza, arenisca, pizarra Cuarcita Arenisca Cuarzo Se forma por recristalización a altas temperaturas y presión. Mármol Caliza Calcita Importante roca ornamental; el Taj Mahal está hecho de mármol. Gneis Rocas ígneas o sedimentarias Cuarzo, feldespato, mica Presenta bandas, con capas alternas de minerales claros y oscuros Eclogita Basalto, gabro Granate, piroxeno Resultado de un metamorfismo intenso del basalto o gabro Espilita Basalto Albita, clorita, calcita Se forma en las dorsales centro-oceánicas Esquisto azul Basalto Glaucofana Su color azul se debe a la presencia de glaucofana Granulita Basalto Piroxeno, plagioclasa,felde spato Metamorfismo de altas temperaturas; común endorsales oceánicas Muy dura, capaz de resistir la erosión glacial Anfibolita basaltos y los gabros Anfiboles Están ampliamente distribuidas en gneises del tiempo Precámbrico y probablemente se formaron en las partes más profundas de los pliegues montañosos Filita Lutita, pizarra Moscovita, cuarzo, clorita Metamorfismo intermedio entre las pizarra y el esquisto Esquisto Pizarra, filita >50 % minerales planos y alargados Existen muchos tipos de esquisto según los minerales que lo forman Migmatita gneis Cuarzo, feldespao y silicatos oscuros Presenta vetas sinuosas, fruto de su alto grado de metamorfismo METEORIZACION DE LAS ROCAS Es la desagregación y descomposición química de las rocas por acción de agentes físicos (meteorización física) o químicos (meteorización química) METEORIZACION FISICA • Acción del hielo (crioclastia) • Acción de las sales (haloclastia) • Cambia de temperatura (termoclastia) TAMAÑO DE LAS PARTICULAS MINERALES METEORIZACION QUIMICA Conocida como alteración mineral, consiste en una serie de reacciones químicas que transforman los minerales silíceos (minerales primarios) en nuevos compuestos (minerales secundarios) que son estables en el medio ambiente. • Oxidación: unión química de átomos de oxígeno disuelto en el agua que entra en contacto con los elementos metálicos abundantes en los minerales silíceos • Dioxido de carbono: en solución forma ácido carbónico que reacciona con muchos minerales • Hidrólisis: es una reacción química entre una molécula de agua y otra molécula, en la cual la molécula de agua se divide y sus átomos pasan a formar parte de otra especie química. PRODUCTOS MINERALES DE LA ALTERACION QUIMICA Caolin: transformación del feldespato potásico por hidrólisis. En contacto con el agua forma una sustancia plástica que al secarse se endurece Bauxita: sexquioxido de aluminio por alteración delos feldespatos en condiciones de mucha humedad y calor (tropicales) y da un un producto muy sólido y resistente (costras bauxíticas). La hematita y la limonita son dos productos de lalteración d eminerales máficos que se encuantra ampliamente distribuido en rocas y suelo. Suele estar asociado a la bauxita. Illita: aluminosilicato hídrico de potasio resultado de la alteración de los feldespatos y de la mica moscovita. Montmorillonita: mineral de arcilla derivado de la alteración del feldespato o ciertos minerales máficos. Tiene la cualidad de expandirse cuando se hidrata Vermiculita: alumino silicato hídrico rico en magnesio y hierro. similar a la montmorillonita. No se expansiona al hidratarse. Se forma por hidrólisi de minerales silíceos máficos como la biotita y la hornblenda Las arcillas son minerales silicatados hidratados o filosilicatos hidratados. Los filosilicatos están conformados por mallas hexagonales de tetraedros dispuestos en hojas o capas. Según la disposición de estas capas dan una estructura cristalina del: Tipo 1:1 (arcillas monosialíticas) una capa de alumina (octaédrica) y otra de silice (tetraedrica) CAOLINITAS Tipo 2:1 (arcillas bisialíticas) dos capas de sílice y una de alumina en medio. Admiten agua y cationes intercambiables ILLITAS - VERMICULITAS - ESMECTITAS (MONTMORILLONITAS). (degradación por complexolisis). En este tipo la lámina tetraédrica de los sílice pueden ser sustituidos por aluminio y se completa con iones de potasio (K) Así los procesos de alteración tendrán dos fases: a) FASE RAPIDA: bisialitización, que da lugar a arcillas 2:1 por transformación o neoformación b) FASE LENTA: Monosialitización con lavado del 60% de la sílice y el 100% del potasio que da lugar a arcillas 1:1; y la alitización que da lugar a hidróxidos de aluminio, la GIBSITA HIDRÓLISIS: afecta a los silicatos y se produce una sustitución en la red estructural de los silicatos de un catión (Na, K,…) por un ion de igual carga pero de tamaño menor (H+), ocasionando una deformación de la malla estructural del silicato, que puede dar lugar a la perdida de otros cationes más grandes como Ca y Mg. Puede ser: - Hidrólisis neutra: en medios subtropicales no ácidos y ricos en bases. Las illitas pasan a montmorillonitas, como en los suelos fersialíticos y vertisoles. Se elimina parcialmente el K interfoliar de las arcillas. - Hidrólisis parcial: alteración bioquímica que conserva las estructuras cristalinas iniciales. Característica de climas templados, y ligada a la acción de la materia orgánica. Afecta a suelos poco evolucionados. Da lugar a procesos de transformación a) Acidolisis: los aniones complejantes se insolubilizan y se biodegradan. Transforma las illitas en vermiculitas al expulsar los iones potasio K interfoliares, que es eliminado totalmente. Medios templados con humus activo (mull ácido) con materia orgánica soluble abundante (hojarasca). b) Complexolisis: compuestos orgánicos complejan el hierro y el aluminio y los extraen. Medios fríos y ácidos con acción de compuestos orgánicos solubles (ácidos oxálico y cítrico, y compuestos fenólicos). Importante en la podzsolización. La illita se transforma en montmorillonitas, sericitas y esmectitas, y puede dar neoformaciones en clima templado generando caolinita. - Hidrólisis total: alteración geoquímica que produce la liberación total de los constituyentes del mineral: sílices, bases. Característica de los climas tropicales: a) En medios neutros bien drenados y sin aniones orgánicos ácidos favorecen la acidificación rápida. Se eliminan las bases y la sílice, dando lugar a caolinita (arcilla de neoformación) que puede evolucionar a gibsita. b)Si están en medios confinados y mal drenados la acidificación es lenta. Produce neoformación de arcillas. Da lugar a arcillas ricas en sílice (montmorilloniotas y esmectitas de los suelos pardos eutróficios y suelos vérticos)
