Download Unidad 3B

Survey
yes no Was this document useful for you?
   Thank you for your participation!

* Your assessment is very important for improving the work of artificial intelligence, which forms the content of this project

Document related concepts
no text concepts found
Transcript
Monti, A., 2004
AMBIENTE NATURAL I
Unidad 3: La tierra, un planeta dinámico (Parte B)
I. Contenidos generales
Origen del universo y sistema solar. Forma, edad y estructura interna de la tierra. Deriva
continental y Tectónica de placas. Distribución de continentes y cuencas oceánicas.
Margenes de placas y bordes continentales. Movimientos relativos y estilos estructurales
resultantes. Orogénesis, epirogénesis e Isostacia. Magma: génesis y composición.
Plutonismo y vulcanismo. Principales materiales constituyentes de la corteza terrestre
Cristales y minerales. Minerales formadores de rocas. Procesos formadores y tipos de rocas
resultantes: ígneas, sedimentarias y metamórficas. Clasificación mineralógica y textural de
las rocas.
II. Objetivos
 Conocer la estructura interna de la Tierra y vincularla con las teorías de la deriva
continental y tectónica de placas.
 Analizar la dinámica y naturaleza de los distintos procesos endógenos generadores de
relieve.
 Conocer los principales constituyentes minerales de la corteza terrestre.
 Plantear la relación causal entre magma, minerales y roca.
 Identificar los elementos definitorios de las rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas.
III. Introducción
En la sección A de la presente unidad se hizo énfasis en el conocimiento de la estructura
interna de la Tierra. Se destacó la relevancia que presenta la interacción de la litosfera con
la Astenósfera para explicar la deriva de los continentes, el dinamismo de las placas
tectónicas y sus contactos y movimientos relativos más comunes. Asimismo, se hizo
hincapié en los diferentes estilos de montañas que se generan en cada uno de los tipos de
fronteras tectónicas.
En esta segunda parte se tratarán características generales del magma y se establecerá su
relación con los minerales. Asimismo, se profundizará en el concepto de sustancia mineral,
su clasificación y características físicas. Se planteará la cadena causal magma-mineralroca. Hacia el final de la unidad de esbozarán los procesos geológicos generadores de
corteza, la conformación del ciclo geológico y su relación con los tres grandes grupos de
rocas.
IV. Conceptos teóricos
El magma: génesis y composición
Ya mencionamos que en ciertos sectores de la astenósfera superior y de la litosfera, las
condiciones de presión y temperatura favorecen la fundición de grandes volúmenes de
rocas para formar una sustancia líquida a la que se denomina magma. Por lo tanto, en una
primera aproximación se podría denominar magma a:
“cualquier material móvil, caliente del interior de la tierra, capaz
34
Apuntes teóricos. Segundo módulo-Unidad 3
FHyCS, UNPSJBosco
Monti, A., 2004
AMBIENTE NATURAL I
de penetrar a través de la corteza terrestre.”
En una definición más específica:
“una materia rocosa, móvil, caliente, formada totalmente o en parte muy apreciable, de una
fase líquida que tiene la composición de una fundición de Silicatos. Puede contener una
fase gaseosa o puede consistir completamente de fases cristalinas, sólidas”
(Williams, Turner y Gilbert, 1980)
Por ende, el magma no es únicamente roca fundida, sino que suele estar conformado por
una fase líquida, una gaseosa y una sólida. Así los gases y vapores serán más importantes
cuando ese magma se encuentre confinado a alta presión en profundidad, mientras que a
medida que asciende por la corteza, la consecuente disminución de la presión favorecerá la
liberación de los gases. En casi todos los magmas, la fase líquida consisten principalmente
de oxígeno y sílice, con cantidades menores de los otros seis elementos comunes en la
corteza.
Los elementos químicos son los materiales fundamentales a partir de los cuales están
compuestas el resto de las sustancias. En la corteza terrestre han sido hallados un total de
88 elementos, sin embargo, tan sólo 8 elementos componen más del 90% de la corteza.
Por ende, las variaciones principales en la composición química se basan en las diferencias
entre las proporciones relativas de los 8 elementos mayoritarios. Ellos son: oxígeno, silicio,
aluminio, hierro, calcio, sodio, potasio y magnesio. El resto corresponde a titanio,
hidrógeno y fósforo, entre otros. La temperatura del magma varía entre 600 y 1400C
dependiendo de la composición química y la profundidad y presión a la que se ha formado
dicho magma.
Dos ambientes geológicos constituyen los sitios donde se genera la mayor cantidad de
magma:
1. márgenes de placas convergentes donde ocurre subducción: La placa litosférica
descendente se hunde en la astenósfera. Allí ocurre la fusión de grandes volúmenes de
roca debido a: a) incremento de la temperatura por calor generado por la fricción entre
ambas placas, el que se suma al calor propio de la astenósfera y b) a la adición de agua
desde la corteza oceánica subductada lo que le baja el punto de fusión a las rocas
cercanas. Cabe recordar que las rocas que tienen agua en su composición tienen puntos de
fusión más bajos que las rocas de igual composición pero sin agua. Los volúmenes más
grandes de magma se producen a profundidades cercanas a 100 km aproximadamente,
donde la placa subductada pasa de la litosfera a la astenósfera.
2. márgenes de placas divergentes (zonas de rift): cuando dos placas litosféricas se separan
en un margen de rift o divergente asciende astenósfera caliente y plástica para rellenar el
espacio dejado por las placas que se apartan. Como ya mencionamos la mayoría de los
márgenes de rift se encuentran en las cuencas oceánicas donde se forman las cordilleras
centro-oceánicas.
Cuando funde una roca silicatada, el magma resultante se expande cerca de un 10%. Por
ello frecuentemente el magma tiene menor densidad que la roca de la cual provino. Ello
provoca que los magmas tiendan a subir por las fracturas de la corteza, hacia la superficie
de la tierra ya que sus densidades son menores que las de las rocas que los rodean. A
medida que el magma asciende se enfría y alcanza lugares de la corteza que se encuentran
35
Apuntes teóricos. Segundo módulo-Unidad 3
FHyCS, UNPSJBosco
Monti, A., 2004
AMBIENTE NATURAL I
a menor presión y comienza la unión de sus componentes químicos, dando lugar a la
formación de los minerales, lo que a su vez favorece la solidificación del magma para
generar finalmente rocas. Por lo tanto, una roca en sentido muy amplio es:
un agregado consolidado de sustancias minerales con distinta composición química,
dispuestas de diversos maneras dentro de un cuerpo sólido mayor
Los minerales
De lo mencionado surge que los minerales son las sustancias que componen las rocas.
Pero... ¿ Qué es un mineral según una definición más precisa?
Un mineral es una sustancia inorgánica de origen natural que posee una
composición química definida y una estructura cristalina ordenada.
La primera parte de la definición trata a los minerales como sustancias inorgánicas. Vale
decir que las diferencia claramente de las sustancias derivadas de la acción de los
organismos vivos. Asimismo, la especificación de los minerales como sustancias naturales
elimina de la definición a los materiales que han sido obtenidos por procesos artificiales en
la industria o laboratorios químicos. Así, los aspectos fundamentales de la definición son los
relacionados con que los minerales poseen composición química definida y una
estructura cristalina ordenada.
Composición química de los minerales
Los elementos químicos son los materiales fundamentales a partir de los cuales están
compuestas el resto de las sustancias. Asimismo, los átomos son la unidad fundamental de
los elementos. En la corteza terrestre han sido hallados un total de 88 elementos. Sin
embargo, tan solo 8 elementos componen más del 90% de la corteza. Ellos son: oxígeno
(46,66%), silicio (27,72%), aluminio (8,13%), hierro (5%), calcio (3,63%), sodio (2,83%),
potasio (2,59%) y magnesio (2,09%). El resto corresponde a titanio, hidrógeno y fósforo,
entre otros.
Por definición, los minerales tiene una composición química definida. Una sustancia que
presenta dicha característica, está formada por elementos químicos unidos entre si en
proporciones definidas. Por ende, la composición puede ser expresada como una fórmula
química. Por ejemplo, el cuarzo es un mineral cuya fórmula química es SiO2. A partir de ella
se determina que el cuarzo consiste en un átomo de silicio, unido a dos átomos de oxígeno.
La mayoría de los minerales son el producto de la combinación de dos a seis elementos
simples. Pocos minerales consisten en un sólo elemento. Por ejemplo el oro y la plata son
elementos minerales únicos. La combinación química de los elementos ha permitido
reconocer 2500 especies minerales diferentes.
Estructura cristalina
Todos los minerales son sólidos cristalinos. Se dice que una sustancia se encuentra en
estado cristalino cuando las partículas que la conforman están dispuestas en forma
ordenada y separadas entre si por distancias constantes. Por ejemplo el Cloruro de sodio,
comúnmente conocido como sal , aparece en la naturaleza como el mineral Halita. La
fórmula química del mismo es NaCl, o lo que es lo mismo un átomo de sodio (Na) por un
átomo de cloro (Cl). Como se puede observar en la figura 1, los átomos están arreglados en
filas y columnas ordenadas, donde alternan cloros y sodios desde izquierda a derecha,
36
Apuntes teóricos. Segundo módulo-Unidad 3
FHyCS, UNPSJBosco
Monti, A., 2004
AMBIENTE NATURAL I
desde arriba hacia abajo y desde adelante hacia atrás. El arreglo ordenado de átomos se
denomina estructura cristalina. De modo tal que un cristal se define como:
un cuerpo sólido limitado naturalmente por superficies planas, que
constituyen la expresión exterior de una ordenación regular de los átomos que se repiten.
Propiedades físicas de los minerales
Tanto la composición química como la estructura cristalina son dos propiedades
fundamentales que distinguen a cada mineral del resto. Sin embargo, obtener la estructura y
composición de un mineral es un proceso que conduce a una serie de complicados análisis,
los que requieren de costosos equipos de laboratorio. Por ello, los geólogos realizan una
primera identificación en el campo, basándose en el reconocimiento visual combinado con el
ensayo de algunas propiedades.
Las propiedades físicas de los minerales están directamente controladas por la composición
química y la estructura cristalina. Por esa razón una observación detallada de las
propiedades físicas de una muestra mineral puede permitir la identificación del mineral,
como si hubiéramos realizado costosos análisis de composición química y estructura
cristalina. Obviamente el reconocimiento de las propiedades físicas no excluye en lo más
mínimo los otros análisis, sino que en todo caso precede a estos que se efectúan cuando la
profundidad del estudio lo requiere. Por lo tanto, las propiedades físicas de más sencilla
determinación son las siguientes.
Hábito cristalino: es la forma según la cual el cristal individual crece y/o la manera en la cual
los cristales crecen juntos conformando agrupaciones o agregados cristalinos. Los cristales
pueden presentar un hábito cúbico, prismático, tabular, etc. En general los cristales poseen
como elementos principales caras, aristas y vértices. Las caras de los cristales estarán
mejor formadas, cuanto más libre haya sido su desarrollo y más amplio el lugar donde se
generaron. Cabe destacar que en la naturaleza no es común encontrar individuos con sus
caras cristalinas muy bien desarrolladas. Es frecuente que el crecimiento de cristales se vea
impedido por otros cristales adyacentes que están creciendo simultáneamente o que
estaban formados con anterioridad.
Clivaje y Fractura: es la tendencia que presentan algunos minerales a romperse según
capas paralelas, análogamente a lo que ocurre en una cebolla por ejemplo. Un mineral que
presenta un clivaje muy marcado es la mica. Siempre el clivaje se presenta paralelo a una
cara cristalina. Debido a que el clivaje no es una propiedad de fácil determinación a simple
vista, cuando se lo observa el mismo puede ser muy determinativo. Por otra parte, la
fractura es la forma en la cual los minerales se rompen según otros planos diferentes a los
del clivaje. Algunos minerales no poseen clivaje. Sin embargo la manera en que se rompen
es característica y se utiliza para su identificación. Por ejemplo una fractura concoide es la
tendencia de un mineral a romperse a lo largo de una fractura suave y curva, como en el
caso del cuarzo. La mayoría de los minerales tienden a facturarse según una superficie
irregular.
Dureza: es la resistencia que opone un mineral a ser rayado por otro mineral u objeto de
dureza conocida. La dureza está controlada por la fuerza de la unión química en el mineral.
Por ello, la dureza es una propiedad fundamental en cada mineral. En geología práctica,
para ensayar la dureza se usa una escala de dureza conformada por 10 minerales muy
comunes en la corteza, cada uno de los cuales es más duro que el precedente en la escala.
De tal modo el mineral 1 es el más blando y el 10 el más duro. A esta escala se la conoce
como Escala de Mohos y esta compuesta por:
37
Apuntes teóricos. Segundo módulo-Unidad 3
FHyCS, UNPSJBosco
Monti, A., 2004
1. talco
2. yeso
3. calcita
AMBIENTE NATURAL I
4. fluorita
5. apatito
6. ortosa
7. cuarzo
8. topacio
9. corindón
10. diamante
Peso específico: es el peso de la sustancia en relación al peso de igual volumen de agua. El
peso del mineral está determinado por las propiedades de los elementos que componen el
mineral y por cuan apretados están los átomos en la estructura cristalina del mineral. Si bien
el peso específico debe ser medido en laboratorio, es posible estimar relativamente el peso
del mineral, a partir de comparar su peso con otros objetos de densidad conocida.
Color: es la propiedad física más notoria de los minerales, pero no siempre es la más
confiable para identificar minerales distintos. Ocurre que los minerales no son
absolutamente puros y no aparecen en la naturaleza en cristales perfectos. Tanto las
impurezas como la imperfecciones de la estructura cristalina pueden alterar marcadamente
el color característico de los minerales. Hay dos términos muy utilizados en la bibliografía
para denominar a los minerales según su color. Los minerales de colores claros son
denominados félsicos ó fémicos y los de colores oscuros máficos.
Raya: es el color del polvo del mineral cuando se raya al mismo sobre un objeto de mayor
dureza. Esta propiedad es considerablemente más confiable para la identificación, que el
color del propio mineral. Por ejemplo la pirita que es de color amarilla, tiene raya parda, la
especularita que tiene color gris metálico, tiene raya roja, la magnetita que es de color negra
tiene raya negra.
Brillo: es la manera en la cual el mineral refleja la luz. De acuerdo con el aspecto que
presenta la superficie del cristal al reflejar la luz el brillo puede ser metálico (similar a un
metal), vítreo (similar a un vidrio), graso, resinoso, perlado, etc. Por ejemplo la galena tiene
brillo metálico, el cuarzo tiene brillo vítreo, el talco tiene brillo graso.
¿Dónde y cómo se forman los minerales?
Las especies minerales que reconocemos en la naturaleza se forman por dos caminos
distintos. Unas se pueden forman a partir del enfriamiento lento de un magma en el interior
de la corteza. mientras otras pueden originarse por la alteración química de minerales
preexistentes, debido a la acción de agentes exógenos como agua de escorrentía o
simplemente por el contacto con el oxígeno de la atmósfera. De ese modo, los minerales
que directamente cristalizan a partir de un magma se denominan minerales primarios y los
que se forman por alteración química de los primarios se llaman minerales secundarios.
Veamos ahora como se forman los minerales primarios.
Cristalización fraccionada en un magma
Cuando un magma comienza a enfriarse dentro de la corteza se produce la unión de sus
componentes químicos para formar cristales. Ahora, no todos los minerales cristalizan al
mismo tiempo ni a la misma temperatura. Algunos minerales cristalizan primero, a las
temperaturas más altas y contienen los porcentajes de sílice más bajos. Los minerales con
contenidos de sílice más altos cristalizan más tarde, a temperaturas más bajas. Por ello, a
medida que el magma se sigue enfriando, se forman minerales más ricos en sílice como
feldespato potásico, plagioclasa sódica y cuarzo. Este fenómeno geológico es conocido
como cristalización fraccionada.
38
Apuntes teóricos. Segundo módulo-Unidad 3
FHyCS, UNPSJBosco
Monti, A., 2004
AMBIENTE NATURAL I
Ello se representa según dos secuencias de reacciones químicas denominadas Serie de
reacción de Bowen, la cual esta compuesta en realidad por dos series: a) una serie
discontinua o rama izquierda (OPAB) conformada en su gran mayoría por minerales máficos
(oscuros) y b) una serie continua o serie de las plagioclasas que constituye la rama derecha
de reacciones que agrupa minerales en su gran parte félsicos ó fémicos (claros).
Rama OPAB
Rama de las plagioclasas
olivina

piroxeno

anfibol

biotita
plagioclasa cálcica

plagioclasa Ca-Na

plagioclasa Na-Ca

plagioclasa sódica

feldespato potásico-muscovita y cuarzo
Clasificación mineral
En geología se clasifican los minerales de acuerdo con su composición química. Los
minerales están divididos en grupos basados en el anión dominante presente en el mineral.
Un anión es un átomo que tiene cargas negativas. Los aniones pueden ser simples como en
el caso del oxígeno (O2-) o el azufre (S2-) o pueden ser complejos como los sulfatos (SiO4-).
Por lo tanto, la sistemática mineral incluye:
Óxidos:
Sulfuros:
Sulfatos:
Haluros:
Carbonatos:
Fosfatos:
Silicatos:
Elementos nativos:
hematita Fe2O3
galena
PbS
yeso
SO4Ca
halita
NaCl
calcita
CO3Ca
apatito
(PO4)3Ca5
cuarzo
SiO2
oro
Au
De todos los grupos mencionados, los Silicatos son el grupo mineral más abundantes de la
corteza terrestre, alcanzando el 95% del total. Esta afirmación resulta por demás lógica si
recordamos la marcada abundancia del oxígeno y el silicio en la corteza y su tendencia a
unirse químicamente. Además de ellos, los Silicatos contienen aluminio, hierro, calcio,
magnesio, sodio y potasio, que son los elementos que siguen en abundancia al silicio y al
oxígeno.
Minerales formadores de rocas
Si bien se han reconocido cerca de 2500 especies minerales, sólo un pequeño número de
ellas, entre 20 y 30, son abundantes en la actualidad. Los minerales formadores de rocas
son los constituyentes más abundantes de las rocas. Al ser los más comunes en la corteza
terrestre son las que más comúnmente van a encontrar e identificar. Si los Silicatos son los
más abundantes, la mayoría de las rocas estarán conformadas por Silicatos, aunque hay
39
Apuntes teóricos. Segundo módulo-Unidad 3
FHyCS, UNPSJBosco
Monti, A., 2004
AMBIENTE NATURAL I
dos especies minerales que sin ser Silicatos también participan en elevado porcentaje de la
conformación de las rocas. Seis Silicatos o grupos de Silicatos componen casi el 90% de la
corteza. Ellos son feldespato, cuarzo, piroxeno, anfibol, mica y olivina. A ellos se pueden
sumar otros Silicatos bastante comunes como granate y clorita, pero menos abundantes
que los precedentes. Los minerales no Silicatos que son comunes en la corteza y completan
la lista de minerales formadores de rocas son calcita y dolomita (carbonatos).
Ciclo de las rocas: procesos formadores y tipos de rocas
Si entendemos que una roca, en sentido amplio, es un agregado consolidado de
sustancias minerales de variada composición, a partir de la observación de los
componentes del relieve terrestre resultará relativamente sencillo aceptar que la corteza
rígida, fría y frágil del planeta está conformada por rocas y que cada una de éstas a su vez
se encuentra conformada por minerales. Por ejemplo, cuando nos paramos frente a una
montaña o un acantilado, no sólo podemos preguntarnos acerca de cuantos tipos distintos
de rocas lo componen, sino también podemos intentar imaginarnos cuantos millones de
pequeños cuerpos cristalinos de distinta composición mineral podríamos reconocer si
contáramos con lupas de gran aumento que nos permitieran identificar los minerales que
componen esas rocas. De algún modo no sería erróneo definir una montaña o un
acantilado como una gran acumulación de minerales!!!
Pero intentaremos ser un poco más específicos ya que hay una serie de características
particulares en el arreglo y disposición de esos minerales que permiten agrupar las rocas de
las que forman parte en tres grandes conjuntos: rocas ígneas, rocas sedimentarias y
rocas metamórficas.
Ya sabemos que la tierra se formó a partir de un estado fundido a semifundido, por lo que
comenzó como una masa mineral que luego de distintos procesos que involucraron
ganancias y pérdidas de grandes cantidades de calor en el magma dieron origen a las
rocas ígneas. La actividad geológica subsiguiente modificó las rocas ígneas originales para
formar rocas sedimentarias y metamórficas. Por lo tanto, mientras las rocas ígneas se
forman directamente a partir del enfriamiento y solidificación del magma, las rocas
sedimentarias se forman por la litificación de los sedimentos generados a partir de la
desintegración físico-química de una roca preexistente, por ejemplo de una roca ígnea. En
cambio las rocas metamórficas se forman cuando las rocas ígneas, sedimentarias e
inclusive metamórficas previas, recristalizan bajo altas temperaturas y/o presiones,
adecuando sus características a las nuevas condiciones. Luego por cambios geológicos
puede locales o regionales puede producirse la fusión de la roca metamórfica preexistente,
generar magma y de su solidificación posterior conformar una nueva roca ígnea; la que
puede volver a ser desintegrada por agentes externos y de ese modo reiniciarse el ciclo.
Este ciclo en la bibliografía recibe el nombre de ciclo geológico ó ciclo de las rocas.
Pese a que aún no se han tratado en detalle, intuitivamente es posible proponer que las
características y aspecto de cada grupo de rocas serán consecuencia directa del lugar y del
proceso geológico, endógeno u exógeno, que dominó su conformación.
El 95% de la corteza consiste de rocas ígneas y metamórficas. Sin embargo, actualmente la
mayor parte de los materiales ígneos-metamórficos está cubierto por una delgada capa de
rocas sedimentarias. Pese a ello las rocas ígneas suelen ser fáciles de reconocer ya que
constituyen en la actualidad la mayor parte de los relieves montañosos más importantes de
la tierra. Nos centraremos a continuación en el estudio en los procesos generadores de
rocas ígneas.
40
Apuntes teóricos. Segundo módulo-Unidad 3
FHyCS, UNPSJBosco
Monti, A., 2004
AMBIENTE NATURAL I
Continuará...
41
Apuntes teóricos. Segundo módulo-Unidad 3
FHyCS, UNPSJBosco