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Metamorfismo y
rocas metamórficas
Presentación elaborada por:
M. en C. Roberto Maldonado
Metamorfismo
• Metamorfismo: cambio de forma
• En geología: transformación de las rocas
• Pero los procesos ígneos, sedimentarios y
exógenos también implican transformaciones de
los materiales geológicos…
• Conjunto de transformaciones en las rocas, a escala
atómica, que se desarrollan en estado sólido y que
ocurren en el interior de la Tierra (corteza y manto
superior).
• Mineralógicas y texturales.
Ciclo de las rocas
Procesos
metamórficos
¿Cuáles son los límites del metamorfismo?
illita
migmatita
Misma composición
Diferentes textura y mineralogía
¿Qué causa esta transformación?
Variables del metamorfismo
• Temperatura
• Presión: presión litostática y presión dirigida
• Composición
Temperatura
Puede considerarse como el principal
agente del metamorfismo
• Promueve la
recristalización
• La difusión y la
velocidad de reacción
aumentan con la
temperatura (cinética
química)
Cuarzo
Iones móviles
+T
Recristalización: modificación de los límites de grano, engrosamiento.
El proceso puede durar millones de años
Presión
• Presión litostática:
columna litosférica
• Igual en todas
direcciones
• Comportamiento
hidrostático
• P= ρ g z
+P
Tu papá ha
estado
presionado
últimamente
Ejercicio
•
•
•
•
•
1 Pa= 1 kg/ ms2;
1 Pa= 0.00000001 kbar
g= 9.8 m/s2
ρgranodiorita= 2700 kg/m3
ρarenisca= 2300 kg/m3
P= ρgz
• Para 10 km (corteza) ¿cual es la
P?
• ¿Cual es la presión en la base de
una cuenca sedimentaria de 2
km de profundidad?
• ¿Cual es la presión en la base de
una corteza continental
promedio de composición
granodiorítica?
METAMORFISMO
MAGMATISMO
Presión dirigida
• La presión no siempre
es hidrostática
• Esfuerzos direccionales
• Son responsables de la
estructura de las rocas
metamórficas.
Transformaciones metamórficas
Textura
Mineralogía
(diferenciación metamórfica)
Composición
El metamorfismo busca el
equilibrio
estático
¡¡ El metamorfismo no es estático !!
dinámico
Si se modifican las condiciones de
equilibrio, un sistema natural
reaccionará
para
mitigar
la
modificación. Es decir para que la
energía de reacción sea mínima.
Cambio textural
• Foliación:
característica estructural
o textural planar que se
presenta de forma
repetitiva en una roca.
Por ejemplo, la
orientación preferencial
de minerales planos o
alargados.
Estratificación
Estratificación
Foliación
Tipos de foliación
• Pizarrosidad (slaty clevage): foliación producida por deformación o
recristalización que resulta en una orientación preferencial de minerales
no distinguibles a simple vista.
• Esquistosidad: foliación producida por deformación o recristalización que
resulta en una orientación preferencial de minerales distinguibles a simple
vista.
• Foliación gnéisica: foliación producida por deformación o recristalización
que resulta en una orientación preferencial de minerales pobremente
definida. Carece de fisilidad. Puede incluir bandeamiento composicional.
lutita
pizarrosidad esquistosidad foliación gnéisica
Cambio mineralógico
Tipos de metamorfismo
Tipos de metamorfismo
Principal variable (P-T)
Contexto geológico
• Metamorfismo térmico
• Metamorfismo dinámico
• Metamorfismo dinamotérmico
• Metamorfismo de contacto
• Metamorfismo regional
• Metamorfismo relacionado
a zonas de falla
• Metamorfismo de impacto
• Metamorfismo hidrotermal
Basado en Winter, 2001
Metamorfismo de contacto
Principalmente térmico…
Metamorfismo regional
Dinamo-térmico…
Metamorfismo relacionado a fallas
Principalmente dinámico…
Someras: zona de falla con
brechamiento (cataclasis).
Profundas: zona de falla
dúctil-frágil, dúctil
(milonitización)
Metamorfismo hidrotermal
Principalmente térmico y relacionado a flujo de volátiles…
Metamorfismo de impacto
Presión ultra-alta…
Criterios de clasificación
y nomenclatura
• Estructura
• Mineralogía (asociación mineral)
• Naturaleza del protolito (ígneo,
sedimentario)
• Composición química
Terminología basada en la
estructura y mineralogía
Estructura
o Pizarra
o Esquisto
o Gneis
o Granoblastita
Mineralogía y esquema de
nombres compuestos
oTérmino base o raiz: término estructural-textural
oTérmino calificativo mineralógico: mineral abundante o
relevante
Gneis con granate Mica-esquisto
Esquisto con estaurolita
Gneis bandeado
Gneis plegado
Naturaleza del protolito
Rocas pelíticas: lutita
Illita (K, Al, Si, O, H2O)
Esmectita (Si, Al, Mg, Na, H2O)
Caolinita (Al, Si, O, H2O)
Cuarzo (Si, O)
Muscovita (K, Al, Si, O, H2O)
Biotita (K, Fe, Mg, Al, Si, O, H2O)
Aluminosilicato (Al, Si, O)
Cuarzo (Si, O)
Naturaleza del protolito
Rocas básicas: basalto-gabro
Plagioclasa (Ca-Na, Al, Si, O)
Piroxeno (Ca, Fe-Mg, Si, O)
Anfíbol (Ca, Fe-Mg, Al, Si, O, H2O)
Plagioclasa (Ca-Na, Al, Si, O)
Clorita (Mg, Fe, Al, Si, O, H2O )
Anfíbol (Ca, Fe-Mg, Al, Si, O, H2O)
Epidota (Ca, Al, Si, O)
Piroxeno (Ca, Fe-Mg, Si, O)
Naturaleza del protolito
Para aludir al tipo de protolito
• Prefijo meta(cuando las caracteísticas del protolito son dominantes)
p.e. metagranito, metabasalto, metacaliza, etc.
• Prefijos orto- y para-
Orto: protolito de origen ígneo
Para: protolito de origen sedimentario
p.e. ortogneis, paragneis, etc
Determinación del protolito
Rocas cuarzo-feldespáticas
Clase química de la roca
• Ultramáfica: principalmente derivadas del manto, ricas en
magnesio, peridotitas.
• Carbonatada: principalmente calizas, carbonatos de Ca-Mg.
• Pelítica: rocas sedimentarias arcillosas, pobres en Ca, lutitas,
silicatos de K-Al y Al.
• Máfica: rocas ígneas máficas, basalto-andesita, silicatos de CaMg-Fe-Al.
• Cuarzo-feldespática: sedimentarias o ígneas. Grauvacas,
arcosas, areniscas. Granito, granodiorita, tonalita, etc.
• Calco-silicatada: sedimentaria, dolomitas silíceas, silicatos
de Ca, Ca-Mg, carbonatos Ca-Mg.
Nombres específicos-históricos de las
rocas metamórficas
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Anfibolita
Esquisto verde
Esquisto azul
Esquisto pelítico
Eclogita
Serpentinita
Granulita
Charnokita
Enderbita
Mármol
Calcoesquisto
Cuarcita
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Corneana
Pizarra moteada
Milonita
Ultramilonita
Augen
Cataclasita
Pseudotaquilita
Skarn
Rodingita
Impactita
Migmatita
Restita
¿Para que nos sirve reconocer y
clasificar una roca
metamórfica?
Gradiente geotérmico
Regímenes P-T del metamorfismo
oTiempo
oGradualidad
oReacciones
oendotérmicas
oReacciones de
odeshidratación
Grado de metamorfismo
Granito
Gneis Qtz-Fs
Caliza
Mármol
Lutita
Gneis Pelítico
Basalto
Eclogita
Minerales indicadores
¿En
¿En qué
qué condiciones
condiciones se
se formó
formó una
una roca
roca metamórfica
metamórfica que
que
contiene
feldespato, biotita,
granate, estaurolita
contiene cuarzo,
cuarzo, feldespato,
clorita, muscovita
y biotita? y
sillimanita?
Facies metamórficas: antecedentes
Tierras altas de Escocia
Rocas pelíticas
• George Barrow (1893-1912):
inicio del estudio del
metamorfismo progresivo.
• Cartografía caracterizada por
la presencia de minerales
indicadores.
• Límites: aparición o
desaparición de alguno de los
minerales índice.
• Isograda: igual grado.
• Zona: espacio entre isogradas.
Concepto de facies
• 1915-1921: Pentti Eskola (finlandés) propone el
concepto de facies metamórficas
Metapelitas de la misma composición
Noruega:
Kfs + Crd
Finlandia:
Phl + Ms
Las diferencias mineralógica entre dos litologías análogas
solo podía explicarse con un contraste de las condiciones P-T
Diagrama P-T de las facies metamórficas
o Litologías
máficas.
o Límites basados
en las reacciones
de sistemas
máficos.
o Límites no
absolutos:
difusos, campos
P-T.
hornblenda piroxeno
actinolita hornblenda
Eskola, 1915, 1921; Turner, 1981
Facies
Minerales o asociaciones diagnósticas
zeolita
zeolitas especialmente laumonita
prehnita-pumpellyita
prehnita-pumpellyita, prehnita-actinolita,
pumpellyita-actinolita
esquisto verde
albita-tremolita/actinolita-clorita-epidota,
cloritoide, stilpnomelano
anfíbol
hornblenda-plagioclasa, estaurolita en
metapelitas
granulita
ortopiroxeno-plagioclasa, ortopiroxenofeldespato-K, safirina en metapelitas (sin
estaurolita)
esquisto azul
glaucofano, lawsonita, piroxeno jadeítico,
arogonito
eclogita
onfacita-granate (sin plagioclasa)
Vernon, 2008
Comparación entre las zonas Barrowianas y las
facies metamórficas
Rocas pelíticas
Rocas máficas
zona de biotita
facies de esquisto verde
zona de granate
zona de estaurolita
zona de estaurolita-cianita
facies de epidota-anfibolita
facies de anfibolita
zona de sillimanita
zona de sillimanita-Kfs
facies de granulita
Spear, 1993
Utilidad del concepto de facies
metamórficas
ENTERRAMIENTO EXHUMACIÓN
?
inestable
metaestable
estable
Barrera de energía
Cinética de la reacción:
tiempo, temperatura,
disponibilidad de componentes
químicos (p.e. H2O)