1. Ciencia

METAMORFISMO
METAMORFISMO
El término metamorfismo fue aplicado por
primera vez por Lyell en 1832, al referirse a
rocas que pasan gradualmente desde rocas
sedimentarías
y
cuya
composición
mineralógica y estructura ha sido impresa,
por procesos en estado sólido, diferentes a
los de la sedimentación.
Charles Lyell (1797-1875
Metamorfismo
IUGS-SCMR
Metamorphism: a process involving changes in the mineral
content/composition and /or microstructure of a rock,
dominantly in the solid state. This process is mainly due to an
adjustment of the rock to physical conditions that differ from
those under which the rock originally formed and that also
differ from the physical conditions normally occurring at the
surface of the Earth and in the zone of diagenesis. The process
may coexist with partial melting and may also involve changes
in the bulk chemical composition of the rock.
“Metamorfismo es un proceso que involucran cambios en la mineralogía y/o texturas de una roca,
principalmente en estado sólido.
Este proceso se debe, principalmente, al ajuste de la roca a condiciones físicas que difieren de aquellas bajo las
cuales se formó originalmente y que difieren a las condiciones físicas que ocurren normalmente en la superficie
de la Tierra y en zonas de diagénesis por debajo de la superficie.
Estos procesos pueden coexistir con fusión parcial y puede también involucrar cambios en la composición
química global de la roca.
Agentes y Condiciones del
METAMORFISMO
METAMORFISMO
tiene lugar
roca es expuesta a un ambiente
físico o químico diferente a aquel
en el que esa roca se formó
cualquier parámetro que pueda modificar dicho ambiente es un
AGENTE METAMÓRFICO que modifica la roca original
Agentes y Condiciones del
METAMORFISMO
1-Temperatura
El incremento de T:
1) Promueve la recristalización  incrementa el
tamaño de grano
2) Produce reacciones (minerales inestables a
nuevos minerales estables)
A
B
Agentes y Condiciones del
METAMORFISMO
2-Presión
Presión
litostática:
se
incrementa con la profundidad
debido al peso del material
suprayacente y es igual en
todas direcciones.
y está determinada por la relación:
Pc= g . δ. h
g: aceleración de la gravedad
δ:densidad de las rocas superpuestas
h: columna de roca
El gradiente geotérmico en
las áreas corticales
superiores es de 0,3ºC/km
(10ºC/Gpa) lo que significa
~10ºC/35 km.
Perturbaciones
Intrusiones
Corteza espesada
Extensión , etc.
Gral/ transitorios
Met. retiene registros
Estimación del rango de variación del gradiente
geotérmico en áreas oceánicas (celeste) y en
áreas continentales (rosado), hasta los 100 km.
Figure 21.1. Metamorphic field gradients for several metamorphic areas
Diferentes asociaciones minerales se formarán en los diferentes gradientes .
Agentes y Condiciones del
METAMORFISMO
2-Presión
Presión Dirigida = no es igual en todas direcciones
Se expresa como tres componentes del esfuerzo mutuamente perpendicularesentre sí:
s1 es el esfuerzo (stress) principal máximo
s2 es un esfuerzo principal intermedio
s3 es el esfuerzo principal mínimo
La Presión dirigida afecta la textura
y estructura de la roca pero no la
paragénesis mineral de equilibrio.
Esquistosidad
Lineaciones
Agentes y Condiciones del
METAMORFISMO
2-Presión
Hay tres tipos conceptuales importantes
relacionados con la Presión dirigida:
Tensión: en el que σ3 es negativa y el
resultado es extensión (pull apart) . En niveles
altos de la corteza
Compresión: una dirección de esfuerzo es
dominante (σ1) y puede causar plegamiento o
una deformación homogénea (flattening)
Cizalla: es un tipo de compresión en el que
ocurren desplazamientos a lo largo de un
juego de planos con algún ángulo respecto de
σ1.
2-Presión
Presión de fuidos
Roca “seca”: Pfluidos = 0 y
Plit. actúa a través contacto de granos
Con fluidos:
P efectiva = P lit – P fluidos
Se favorece Deformación de
la roca
Agentes y Condiciones del
METAMORFISMO
3-Fluidos
INCLUSIONES FLUÍDAS
MINERLES HIDRATADOS
En la mayoría de las rocas es común la presencia de una fase
fluida:
(H2O, CO2,CH4, S, N2, haluros y álcalis)
A bajas presiones, el fluido es líquido o gas, pero a presiones y
temperaturas superiores al punto critico del agua no hay
diferencia entre líquido y gas.
Punto crítico del H2O: 374oC y 21.8 Mpa
Bajo condiciones más allá del punto crítico (presente en muchas regiones
metamórficas) la fase no sólida se denomina fluido súper-crítico.
Agentes y Condiciones del
METAMORFISMO
3-Fluidos
• Pfluid = S presiones parciales de cada
componente (Pfluid = pH2O + pCO2 + …)
CH4, S, N2, álcalis y haluros
En todas las áreas metamórficas:
• Gradientes de T, P, Fluidos
•  Zonación de asociaciones minerales
Agentes y Condiciones del
METAMORFISMO
4-Tiempo
En metamorfismo de contacto, la duración del evento depende de:
1. tamaño del cuerpo intrusivo
2. de la cantidad de calor que pueda liberar
3. de la conductividad térmica del material y
4. de la temperatura inicial
Agentes y Condiciones del
METAMORFISMO
4-Tiempo
Cuando el magma actúa sobre la roca de
caja puesta en contacto, la T máx que
ésta alcanza es de aprox. 60% de la T de
la intrusión y la extensión que alcanza
depende del tiempo de la actividad
térmica.
1 año
D: 10 m
100 años
D:100 m
10000 años D:1000 m
Diabasa olivínica en contacto con caliza
con T: 800-900oC y P: 0,6 Gpa necesita:
3 Ma formar una capa de wo de 1 mm ancho
480 Ma formar una capa de 10 mm de ancho
Agentes y Condiciones del
METAMORFISMO
4-Tiempo
Para el Metamorfismo regional se postulan condiciones de
estabilidad cortas (decenas a miles de años).
Otros estiman que el período de un ciclo metamórfico es de 20-30
Ma (metamorfismo Alpino) y de 100 Ma para orógenos más viejos
(Herciniano en el Macizo Central de Francia)
El tiempo como variable:
El trayectorias P-T-t
LÍMITES DEL METAMORFISMO
En primera instancia, podemos entender los procesos de intemperismo y diagénesis
como procesos sedimentarios que ocurren sobre o cerca de la superficie de la Tierra.
Intemperismo
es la alteración de las rocas por
acción de los agentes atmosféricos
(desintegración
física
descomposición química de las
rocas)
Diagénesis
comprende todos los cambios
químicos y físicos que sufre un
sedimento durante y después de la
litificación en un ambiente cercano a
la superficie.
Ambos son procesos muy parecidos a los que ocurren en el metamorfismo: en cada
uno de ellos una fase sólida y (frecuentemente) una líquida reaccionan para producir
diferentes sólidos y fluidos alterados.
De la Diagénesis al Metamorfismo
Reflectividad
Cristalinidad de
Illite. Índice Kubler vitrinita R %
en carbón
Facies mineral
Grado metamórfico
diagénesis
Facies Zeolita
zona diagenética
(KI > 0,42º 2 )
(incl, zona laumontita)
Carbón bituminoso
Facies Prehnita-pumpellita
Facies Sub-Esquistos Verdes
aumento Presión
bajo grado
Facies Esquistos Verdes
Facies Esquistos
Glaucofánicos
muy bajo grado
2,0
Semi-antracita
2,5
Anquizona
(KI > 0,42º - 0,25
2 )
4,0 - 5,0
Epizona
(KI > 0,25º 2 )
Indice de Kübler de
la cristalinidad de
illita ( º2 CuK )
ancho del pico a
la mitad de la altura
Fangolita
Antracita
Pizarra
Meta-antracita
Grafito
VITRINITA: es una clase de querógeno de tipo leñoso que ante la
aplicación de calor, cambia su reflectancia por lo que es una
medición útil de la maduración de la roca generadora.
Reflectividad de la vitrinita: la vitrinita es predominante en los
carbones y está en la materia orgánica de rocas sedimentarias.
Como la materia orgánica es convertida desde carbones hidratados
complejos a grafito, la reflectividad óptica de la vitrinita aumenta e
indica el desarrollo de la transformación.
OTROS METODOS
Inclusiones fluidas: en las rocas
metamórficas de muy bajo grado se
pueden obtener datos
termobarométricos de las condiciones
del pico metamórfico.
Los métodos microtermométricos se
basan en la inmiscibilidad de los
fluidos H2O-CH4, por lo que la Tº de
homogeinización de las inclusiones se
interpretan como Tº de formación.
El método registra T > 270ºC y P ~ 3
kbar.
Índice de alteración del color de los conodontes (CAI):
Los conodontes son microfósiles marinos de apatita que
contienen trazas de materia orgánica que los colorean y
ocurren desde el Cámbrico al Triásico, en rocas
carbonáticas.
En el rango de diagénesis y metamorfismo incipiente,
cinco estadios de CAI son distinguidos de acuerdo a los
cambios de color desde amarillo pálido a marrón o negro.
Los datos experimentales fueron medidos entre 300 y
950ºC
Una ventaja del sistema es su utilización en carbonatos
que raramente contienen vitrinita.
Conodontos
LÍMITES DEL METAMORFISMO
Temperatura
Límite inferior
Una variedad de minerales (especialmente las zeolitas) se generan tanto a muy
bajas temperaturas en ambientes diagenéticos como en rocas que son
claramente metamórficas.
Debido a que las transformaciones
minerales pueden ocurrir
prácticamente en cualquier punto
después de la depositación y
soterramiento, es necesario establecer
arbitrariamente la distinción entre
diagénesis y metamorfismo.
Metamorfismo comienza en un
rango entre 100 y 150oC para los
tipos más inestables de protolito
Estaría marcado por la formación de minerales como: laumontita – analcima –
heulandita – glaucofana – prehnita – pumpellita – lawsonita – glaucofana y
stilomelano.
LÍMITES DEL METAMORFISMO
Límite superior
El límite superior (altas T) también es difícil distinguir entre
procesos metamórficos e ígneos.
Podemos distinguir claramente un fundido, pero no es tan
fácil determinar cuando un sólido cristalino es producido
por uno u otro proceso.
Dentro del rango de fusión, coexisten una fase sólida y una
líquida. Si calentamos una roca metamórfica hasta que se
funde: en qué punto el proceso de fusión se torna ígneo?
LÍMITES DEL METAMORFISMO
Límite superior
Xenolitos, restitas y otros enclaves son considerados parte
de un ambiente ígneo sólo porque el fundido que los
acompaña es el dominante, pero existe una completa
gradación del fundido entre las segregaciones iniciales y las
restitas dispersas finales
En definitiva, el LÍMITE SUPERIOR, tanto como el INFERIOR es
discutible e impreciso.
Puede ser estimado en 600oC, pero depende mucho del
contenido de H2O
(migmatitas)
LÍMITES DEL METAMORFISMO
Presión
Los límites de Presión del metamorfismo son también
amplios.
A bajas presiones, se necesitan altas temperaturas para iniciar
el metamorfismo:
Rocas metamórficas pueden generarse cerca del contacto de intrusiones
poco profundas, cercanas a la superficie de la Tierra.
En el límite de alta Presión las rocas sólidas se extienden a
través del manto y ocurren también en el núcleo sólido
interno.
LÍMITES DEL METAMORFISMO
Presión
Xenolitos del manto incluidos en kimberlita, con
presiones superiores a 4 GPa (> 120 km) son
consideradas generalmente como metamórficos..
No obstante, la gran mayoría de rocas metamórficas
que vemos en la superficie y estudiamos son rocas
corticales.
El límite práctico de presión en el campo de las
rocas metamórficas raramente exceden los 3 GPa
Tipos de Metamorfismo
Diferentes tipos de clasificaciones:
1. Basadas en el principal proceso o agente
• Metamorfismo Dinámico
• Metamorfismo Termal
• Metamorfismo Dínamo-Térmico
• Metasomatismo
Tipos de Metamorfismo
2. Basados en el ambiente
• Metamorfismo de Contacto
 Pirometamorfismo
• Metamorfismo Regional
 Orogénico
 de Soterramiento
 de Fondo Oceánico
• Metamorfismo Hidrotermal
• Metamorfismo de Zona de Falla (Cizalla)
• Metamorfismo de Shock (Impacto)
Tipos de Metamorfismo
Metamorfismo de Contacto
• Adyacente a intrusiones ígneas
• Efectos térmicos (± metasomáticos) de un magma caliente que
intruye rocas superficiales frías
• Ocurre en un amplio rango de presiones, especialmente a muy baja P
• Aureolas de contacto
En qué nivel de la corteza se desarrolla?
Filita moteada
Metamorfismo de Contacto
Tamaño y forma de una aureola está controlada por:
• Naturaleza del plutón
 Tamaño
 Temperatura
 Forma
 Composición
• Naturaleza de la roca de caja
 Composición
 Profundidad y grado metamórfico previo
 Permeabilidad
Tipos de Metamorfismo
Pirometamorfismo
Muy altas Temperaturas y bajas Presiones,
generadas por un cuerpo volcánico o
subvolcánico.
También desarrollado en xenolitos
-Buchitas: enclaves de roca pelítica englobados
en basaltos
Tipos de Metamorfismo
Metamorfismo Regional sensu lato: metamorfismo que afecta grandes
cuerpos de roca y, por lo tanto, que cubre grandes extenciones
laterales.
Tipos de Metamorfismo
Metamorfismo Regional
Tres tipos principales:
 Orogénico
 de Soterramiento
 de Fondo Oceánico
Tipos de Metamorfismo
Orogénico: es un tipo de metamorfismo asociado con
márgenes de placas convergentes
• Metamorfismo dínamo-térmico:
uno o más episodios orogénicos
combinados con elevados gradientes
geotermales y de deformación
• Rocas foliadas
Pizarra
Esquisto
Gneiss
Tipos de Metamorfismo
Orogénico
• Colisión Continental
• Batolitos presentes en las áreas de mayor grado metamórfico
• Patrones Polimetamórficos
Tipos de Metamorfismo
Orogénico
Tipos de Metamorfismo
de Soterramiento
• Suave deformación, sin
intrusiones ígneas
descubiertas
• Efectos metamórficos
atribuidos a incrementos de
Temperatura y Presión
debidos a
SOTERRMIENTO
• Formación de zeolitas,
prehnite, pumpellite,
laumontita, etc.
• Restringido a grandes e
imperturbadas pilas
sedimentarias ubicadas
lejos de márgenes activos
de placas.
• Ocurre en áreas sin deformación u orogenia
significativa
• Definido en el Sinclinal de Southland , en New
Zealand: espesor de rocas volcaniclásticas
mesozoicas > 10 km
Tipos de Metamorfismo
de Fondo Oceánico afecta la corteza oceánica de dorsales oceánicas
• Considerable alteración
metasomática:
• pérdida de Ca y Si y
ganancia de Mg y Na
• Intercambio entre
basalto y agua de mar
Espilita:
Plag Na (Ab) reemplaza Ca (lab)
Clorita y Calcita a Augita
Tipos de Metamorfismo
Metamorfismo Hidrotermal
• Rico en fluidos calientes de H2O
• Usualmente involucra metasomatismo
Tipos de Metamorfismo
Metamorfismo de Zona de Fallas (Cizalla)
Tipos de Metamorfismo
Metamorfismo de Impacto (Shock)
Tectitas