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Ciclo litológico

El planeta Tierra es un sistema de intercambio de energía entre sus diferentes componentes: atmósfera, hidrosfera, biosfera y litosfera. Este intercambio de energía, da lugar a variados procesos dinámicos que se manifiestan en la mayoría de los casos, como ciclos dentro del planeta. Uno de estos ciclos es el denominado Ciclo de las Rocas o Ciclo Litológico. El Ciclo Litológico ha sido definido, como una de las formas más sencillas de explicar y comprender los procesos, que dan lugar a los tres grandes grupos o familias de rocas: ígneas, metamórficas y sedimentarias. Los procesos que dan origen a la formación de las rocas son: la meteorización , la erosión, la sedimentación, el metamorfismo, el volcanismo y el plutonismo, entre otros.


La meteorización se define como el proceso de alteración, degradación, desintegración, descomposición o desgaste (físico o químico), de los materiales que se encuentran a la intemperie, dando origen a partículas muy pequeñas (materiales sueltos) que se conocen con el nombre de sedimentos. Los sedimentos, por efecto de la gravedad y sumado a la acción que ejercen los medios de transporte: el agua en todas sus formas: aguas de escorrentía, ríos, olas, hielo, además del viento, son arrastrados o desplazados hasta los lugares más bajos del terreno, donde se depositan.
Este proceso de desgaste, transporte y depósito de materiales, es lo que se conoce como erosión. Los sedimentos se desintegran mucho más durante la fase de transporte, lo que hace que se creen fragmentos más pequeños cada vez. Esos pequeños fragmentos se van acumulando (depositando) formando capas o estratos horizontales, este proceso se conoce con el nombre de Sedimentación.

La sedimentación ocurre progresivamente durante largos períodos, los materiales más cercanos al fondo, reciben la presión ejercida por las capas superiores, de esta forma todo el sedimento se compacta. Por otra parte, dentro de las rocas existen minerales que actúan como cementos naturales (calcita, sílice, oxido de hierro, entre otros) los cuales por efecto del agua dentro de los espacios vacíos, cementan o aglutinan fuertemente el sedimento y dan origen a un tipo de roca, este proceso de compactación y cementación de sedimentos es lo que se conoce como litificación.

La litificación da origen a las rocas sedimentarias, las cuales también se forman a partir de los productos de la meteorización, y otras formas de acumulación, como las registradas en los procesos de precipitación de elementos químicos.

Algunas especies químicas como el cloruro de sodio, yeso, entre otros, que se encuentran disueltas en los ríos y océanos, no siempre permanecen como una solución, sino que, pueden precipitar debido a procesos inorgánicos, como la evaporación, además de la formación de reacciones químicas. Igualmente, debido a los procesos orgánicos como la interacción de los productos de los organismos acuáticos con rocas o minerales.

 

A pesar que el proceso de formación de estas rocas tienen lugar en ambientes muy próximos a la superficie, en algunos de los casos como resultado de la tectónica global, ciertos grupos de rocas, no logran salir del interior de la corteza y quedan atrapadas allí durante varios millones de años, por lo cual, serán sometidas a temperaturas muy altas y a fuerzas de comprensión, lo que originará en ellas una transformación que las convertirá en otro tipo de roca, completamente distinta a la anterior. Este proceso que las transforma recibe el nombre de metamorfismo.

Pero estas rocas sedimentarias no siempre permanecen enterradas, la dinámica de la tectónica terrestre, ocasionará que algunas de estas rocas se eleven y plieguen, dando origen a grandes sistemas montañosos, los cuales, al quedar expuestos a los agentes atmosféricos generarán sedimentos, a partir de los cuales una vez más, podrán formarse rocas sedimentarias.

El metamorfismo es un proceso asociado básicamente a cambios de forma.
Los factores que intervienen en este proceso son los siguientes: el calor o la temperatura, la presión (esfuerzo) y fluidos químicamente activos. Estos cambios pueden dar lugar a la formación de nuevos minerales o la reorientación de los minerales de la roca original. En el interior de la corteza, las rocas metamórficas por efecto de grandes temperaturas y la presión, pueden llegar a fundirse (fusionarse) dando origen a un material viscoso conocido como Magma, el cual dará origen a las rocas ígneas.


Los geólogos emplean el término magma para el material de roca fundida que está debajo de la superficie (interior de la corteza); y lava para el material que llega a ella, producto de la actividad volcánica. El magma o roca fundida, contiene algunos cristales y gases disueltos en su composición, en ciertas ocasiones queda atrapado, en el interior de la corteza perdiendo movilidad. Conforme el magma sigue perdiendo calor en el interior de la corteza terrestre, los elementos presentes en él, tales como: el silicio, oxígeno, aluminio, potasio, calcio, sodio, hierro y magnesio, entre otros, se cristalizan. La velocidad de enfriamiento del magma, en este caso, es un factor fundamental que determina el desarrollo de las redes cristalinas de dichos minerales, a partir de los cuales se generarán las llamadas rocas ígneas intrusivas.

Por otra parte, la lava o el material piroclástico suele ser arrojado hacia la superficie. Durante este proceso, el material se enfría y se solidifica dando origen a un tipo de roca muy particular conocida con el nombre de rocas ígneas extrusivas. En líneas generales, el ciclo litológico, también llamado petrogenético, demuestra que la materia fluye a través de las diferentes geosferas. Por medio de estas interacciones hay transformaciones del material terrestre y esto se manifiesta mediante la formación de tres diferentes grupos de rocas. Por el mismo hecho de ser un ciclo, puede iniciarse en cualquiera de las fases que en él suceden.

Los diversos procesos del intemperismo (meteorización, erosión) descomponen o desintegran las rocas pre-existentes (ígnea, metamórfica o sedimentaria) generan las materias primas a partir de las cuales podrán iniciarse una vez más los procesos que darán origen a otro tipo de roca.

Además de esta secuencia también pueden generarse algunas líneas intermedias: una roca ígnea, puede dar origen a una roca metamórfica, sin haber sido una roca sedimentaria. Por otra parte, una roca metamórfica puede cambiar una vez más y dar origen a otra roca metamórfica. Y una roca metamórfica puede dar origen a otra roca sedimentaria. Todo esto es posible mediante el proceso denominado metamorfismo. Dentro las características más resaltantes de cada uno de estos tipos de rocas, se encuentran: las rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas.


Las rocas ígneas: Son aquellas que se obtienen de la solidificación o enfriamiento del magma. La composición mineral de una roca ígnea está determinada por la composición química del magma a partir del cual se formó. El magma está compuesto fundamentalmente por los ocho elementos químicos: aluminio, calcio, sodio, potasio, magnesio, hierro, oxígeno y silicio, lo cual constituye aproximadamente el 98% del peso del magma, además de algunas trazas de ciertos elementos, entre ellos, el titanio y el manganeso e incluso elementos más raros, en muy pocas cantidades como oro, plata y uranio. As rocas ígneas pueden ser intrusita si se solidifican dentro de la corteza terrestre y extrusivas si lo hacen fuera de ella.

Las rocas Sedimentarias: Éstas se forman por la acumulación de sedimentos, algunos de ellos pueden estar consolidados mientras que otros no. La formación de este tipo de rocas se produce gracias a la precipitación química o por la intervención de restos orgánicos. Las rocas sedimentarias permiten interpretar la historia de la tierra, los estratos que las originan, registra la naturaleza del ambiente en el cual se depositó el material.

Las rocas sedimentarias pueden dividirse en dos grupos:

Detríticas o clásticas:
Su clasificación se basa en su textura, la cual, está constituida por fragmentos discretos y clastos que se cementan y compactan.
Químicas o no clásticas:
Son aquellas conformadas por diferentes tipos de materiales los cuales estarán en mayor o menor proporción. La base fundamental para distinguir las rocas del grupo químico entre sí, es su composición mineral. Algunas rocas químicas, como las depositadas cuando se evapora el agua de mar, tienen una textura en la cual los minerales forman un mosaico de cristales entrelazados. Sin embargo, muchas de las rocas sedimentarias clasificadas en el grupo químico contienen también al menos pequeñas cantidades de sedimento detrítico. Entre las rocas químicas más comunes se encuentran la caliza, el yeso, carbón, entre otras.

Las rocas Metamórficas: Estas rocas resultan de la alteración de otras rocas, que experimentan un cambio físico o químico en su forma, a causa de las variaciones de presión, temperatura y de los fluidos. Los cambios se presentan a grandes profundidades de la corteza terrestre, por lo cual no pueden ser observados en la superficie de la tierra. Para explicar los procesos que permiten la formación de este tipo de rocas, se analizan sus características. Dentro del grupo de las rocas metamórficas foliadas se encuentran, las pizarras, las filitas, varios tipos de esquistos y los gneis, entre otros. Por otra parte, dentro de las rocas no foliadas se encuentran el mármol, la cuarcita, entre otras.

Métodos de reconocimiento de minerales y rocas.
Generalmente existen tres formas de analizar un mineral o una roca: A través de métodos macroscópicos, métodos microscópicos y métodos geoquímicos. El reconocimiento macroscópico es el método más simple y más económico; para el método microscópico, se requiere un microscopio especial y una muestra preparada (lámina delgada). Los análisis químicos son los más complicados, pues requieren de diferentes compuestos químicos y laboratorios especiales para llevar a cabo el proceso de reconocimiento.


Métodos macroscópicos:

Para la aplicación de éste método se requieren algunas herramientas tales como: lupa, martillo, ácido clorhídrico y un trozo de vidrio. El método macroscópico permite describir la textura, color, densidad, dureza, brillo, morfología, exfoliación (fracturamiento), tipos de minerales, entre otros.

Tabla 1.- Descripción de las rocas:

1. Generalidades:
1a) Color Color general Café, amarillo, bicolor blanco-negro...
1b) Peso El peso específico general Liviano, normal, pesado
1c) Fracturamiento Manera como se rompe la roca Irregular, regular, laminar, cúbico, superficie lisa, áspera
1d) Dureza Dureza general Blando, normal, duro
2. Textura / estructura
2a) Cristalinidad: Tamaño, visibilidad de los cristales (componentes) Macrocristalino / fanerítico Microcristalino / afanerítico Criptocristalino, amorfo
Hialino
2a1) Tamaño absoluto de los granos Tamaño en mm Grano muy grande
Grano grande
Grano mediano
Grano fino
Compacto
2b) Distribución del los tamaños Todos iguales o existen diferentes diámetros Equigranular
Heterogranular (textura porfídica)
Irregular
2c) Forma de los cristales/de los granos Magnitud de la forma "original" cristalina de los componentes Idiomorfo
Hipidiomorfo
Xenomorfo
2d) Magnitud de la cristalización ¿Cristal o vidrio? Holocristalino
Hemicristalino
Amorfo - hialino
3a) Orientación de los componentes Con/sin orientación preferida Isotropo (sin orientación)
Anisotropo: estratiforme, fluidal, esquistosa, plegada.
3b) Ocupación del espacio Porosidad Compacto
Poroso: pumítica, espumosa, Esferulítica.
3c) Límites de los componentes Análisis del conjunto Normal, regular
alterado
soldados
3d) Tipos de granos Cristales o fragmentos Cristales
Fragmentos: minerales, rocas: textura clástica
4) Minerales Componentes: contenido modal Componente principal
Componente secundaria
Minerales especiales

Entre las características macroscópicas las cuales permiten reconocer una roca, se encuentra la textura, como una de las más importantes:

Textura: S e refiere al modo de construcción de la roca y describe las relaciones entre los componentes que constituyen la misma. Es así, como la textura es determinada por la forma de los componentes minerales y por las relaciones geométricas de ellos. Los parámetros principales de la textura son: La forma del grano, la granulidad y la cristalinidad.

En cuanto a la forma del grano ésta puede ser:
Idiomorfa: Forma propia; la idiomorfía se muestra a través de las formas rectas de los bordes de los granos, por ejemplo, granates idiomorfos en una micacita con granate.
Hipidiomorfa: Forma entre forma propia y forma ajena, por ejemplo, las hipidiomorfas plagioclasas en los granitos.
Xenomorfa: Forma ajena, por ejemplo, los xenomorfos cuarzos en los granitos.

La granulidad: Permite la clasificación en base al tamaño de los cristales que componen a la roca, estos subdividen a las rocas y permiten distinguir:

Rocas cristalinas, donde se emplea la clasificación según MATTHES (1987)

Tabla 2.- Clasificación de rocas según MATTHES

Subdivisión Diámetro (mm) Cantidad de granos por cm2;
De grano grande
33-10
< 1
De grano grueso
10-3,3
1-10
De grano medio
3,3-1,0
10-102;
De grano pequeño
1,0-0,3
102-103;
De grano fino
0,33-0,1
103-104
Denso, afanítico
0,1-0,033
104-106
Microcristalino
0,033 - 0,001
> 106

Sedimentos clásticos, según Wenthworth (izq.) y DIN respectivamente ( DIN: Deutsche Industrie Norm - Norma alemana industrial )

Tabla 3.- Clasificación por el tamaño de los clastos


La cristalinidad: Se describe por el tamaño de los cristales y por los componentes que le otorgan la propiedad cristalina.

Según el tamaño de los cristales se emplea los siguientes términos:

Macrocristalino, fanerocristalino, fanerítico: Los cristales o granos son macroscópicamente visibles.
Microcristalino: Los cristales o granos son visibles por medio de un microscopio.
Criptocristalino: Se debe llevar a cabo un análisis estructural por rayos X para verificar la cristalinidad de los componentes minerales.
Afanítico: Microcristalino y criptocristalino (tamaño de granos <0.001mm=1µm).
Amorfo: Sin estructura cristalina.

El grado de cristalinidad s e describe por los siguientes términos:

Holocristalino: Todos los componentes que construyen la roca son cristales, por ejemplo, granito, diorita y otras rocas plutónicas.

Hemicristalino o hipocristalino: La roca está constituida por componentes cristalinos y amorfos como, riolita o dacita y otras rocas volcánicas.

Hialino: Todos los componentes que constituyen la roca son amorfos, por ejemplo, los vidrios volcánicos, como la obsidiana.

Para poder observar esta diversidad de características es necesario emplear diversos métodos, como los Métodos microscópicos y los Análisis químicos . La observación y estudio de rocas y minerales mediante métodos microscópicos, se realiza utilizando diversos tipos de microscopios, entre ellos:

Métodos microscópicos

Microscopio óptico de polarización o microscopio petrográfico: Se utiliza para identificar y estimar cuantitativamente los componentes minerales de las rocas ígneas y las rocas metamórficas. Cuenta con un prisma de Nicol u otro tipo de dispositivo para polarizar la luz que pasa a través del espécimen examinado. Otro prisma Nicol o analizador, determina la polarización de la luz que ha pasado a través del espécimen. El microscopio tiene un soporte giratorio que indica el cambio de polarización acusado por el espécimen.

Microscopio electrónico:
El análisis a través de este microscopio, se hace mediante una microsonda electrónica que permite describir las características de la roca. La potencia amplificadora de un microscopio óptico está limitada por la longitud de onda de la luz visible. El microscopio electrónico utiliza electrones para iluminar un objeto. Dado que los electrones tienen una longitud de onda mucho menor que la de la luz, pueden mostrar estructuras mucho más pequeñas. La longitud de onda más corta de la luz visible es de alrededor de 4.000 ángstrom (1 ángstrom es 0,0000000001 metros ). La longitud de onda de los electrones que se utilizan en los microscopios electrónicos es de alrededor de 0,5 ángstrom.

Análisis químicos
Existen varios tipos de análisis geoquímicos. Los más importantes son, la fluorescencia de rayos X y la difractometría. En ambos casos, se usan equipos especiales y es necesario preparar una muestra.

La fluorescencia de rayos X: Permite un análisis por elementos químicos. El resultado después del ensayo, permite determinar el porcentaje de los elementos químicos principales (SiO2, Al2O3, FeO, MgO,...) y los elementos traza (Ba, Sr, U, Cu) y las tierras raras (Y, Nb) cuya cantidad se determina en ppm (partes por millón).

La difractometría: Permite determinar la cantidad y tipo de minerales contenidos en la roca, especialmente aquellos con estructura cristalina.
 
 

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