DOCENTE: Br. Richard Wagner Figueroa Alfaro

7. ROCAS METAMÓRFICAS

7.1 Definición

Se denomina roca metamórfica a aquélla que ha sido formada a partir de otra roca, mediante un proceso llamado metamorfismo.

El metamorfismo nunca implica un cambio de estado y se da indistintamente en rocas ígneas como en rocas sedimentarias cuando éstas quedan sometidas a altas presiones (de alrededor de 1500 bars), 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).

La estabilidad de los minerales que componen una roca depende de la temperatura, de la presión y de la presencia de fluidos reactivos.

Cuando las condiciones en las cuales se formó una roca cambian, algunos o todos los minerales que la componen se desestabilizan y reaccionan entre sí y/o con los fluidos presentes para formar nuevos minerales, que son estables en estas nuevas condiciones ambientales.

Cuando un grano o un cristal de un mineral es sometido a una gran presión, tiende a girar de forma tal de que esta presión se hace menor.

Cuando la rotación es imposible y la presión sigue aumentando, partes del cristal se disuelven y recristalizan en las zonas dónde el esfuerzo es menor, cambiando la forma del cristal original.

Metamorfismo

Ambos procesos, recristalización y formación de nuevos minerales caracterizan al metamorfismo. Estas re- y neo- cristalizaciones dan lugar a la desaparición de las texturas preexistentes y al desarrollo de otras nuevas, características de las rocas metamórficas.

Es importante diferenciar el término metamorfosis, que se reserva para el cambio de forma de los seres vivos, del metamorfismo, que se utiliza en geología. Así también, cuando una roca se transforma en otra por un proceso metamórfico se dice que se metamorfiza, y no que se metamorfosea.

7.2 Tipos de Metamorfismo

Las variables que condicionan la estabilidad de los minerales son la presión y la temperatura en primer término, y la presencia de fluidos que facilitan las reacciones químicas en segundo.

Uno de los criterios que utilizan los geólogos para clasificar las rocas metamórficas se basa justamente en la influencia relativa de la presión y la temperatura en el control de la transformación.

A) Metamorfismo de carga o regional

La presión y la temperatura son el resultado de la sobrecarga producida por la acumulación de sedimentos en la cuenca y del gradiente geotérmico (variación de la temperatura con la profundidad).

La roca sedimentaria va transformándose consecutivamente en uno y otro tipo de roca metamórfica de acuerdo a la profundidad que alcanza.

Para unas mismas condiciones de soterramiento (idénticas condiciones de presión y temperatura) el tipo de roca estará obviamente condicionado por la composición inicial del sedimento.

B) Metamorfismo térmico o de contacto

En las cercanías de los cuerpos intrusivos, bajo la acción de la alta temperatura y también la de los fluidos, se producen numerosas reacciones químicas.

Típicos de este tipo de metamorfismo son los minerales andalucita (cuando han sido afectados materiales cuarzo-arcillosos) y la wollastonita (cuando la roca sedimentaria es una caliza). Las rocas típicas de este metamorfismo se denominan corneanas.

C) Metamorfismo dinámico

El término dinámico refiere a la acción de fuerzas. En el contexto metamórfico se lo utiliza para diferenciar la aparición de esfuerzos dirigidos, originados en fuerzas diferentes de la fuerza gravitatoria.

Como resultado de la aparición de estas fuerzas (de origen tectónico, asociadas a los procesos orogénicos) los materiales se desplazan unos con respecto a otros (o por lo menos intentan hacerlo).

Como resultado de ello, el crecimiento de los minerales que se generan durante este proceso (minerales sincinemáticos) se produce de forma tal de minimizar el esfuerzo lo que se refleja en una fuerte orientación de los minerales planares y sobre todo aciculares.

7.3 Grado de Cristalinidad

En el caso de las rocas metamórficas se considera el tamaño medio de los cristales, esta propiedad es indicativa del grado metamórfico alcanzado;

Un mayor grado de cristalinidad indica que las rocas alcanzaron mayor grado metamórfico.

BAJO

Son rocas en las cuales los cristales no son identificables a simple vista (p.ej. algunas pizarras).

Pizarra, roca característica del grado

metamórfico bajo - muy bajo. En este caso contiene todavía

restos de fósiles

MEDIO

Son rocas en las cuales los cristales son identificables a simple vista o con una lupa (p.ej. un esquisto).

Esquisto con porfidoblastos de moscovita y granate. Es una roca característica del grado metamórfico medio.

ALTO

Son rocas en las cuales los cristales han alcanzado un tamaño notable.

Gneis glandular con sillimanita. Se aprecian zonas donde comenzó a migmatizarse. Es una roca

característica del grado metamórfico alto.

7.4 Textura

En este apartado se describen los principales tipos de texturas de las rocas metamórficas, que, habitualmente, deben establecerse con la ayuda de un microscopio, en la medida de lo posible, mediante la observación de las muestras de mano.

Para diferenciar las texturas metamórficas de las sedimentarias e ígneas semejantes, los petrólogos utilizan el término blasto (en lugar de cristal o clasto) para referirse a los individuos cristalinos que han crecido como resultado del proceso metamórfico.

A) GRANOBLÁSTICA. El tamaño de todos los cristales es parecido y forman un mosaico de granos con tendencia al empaquetado hexagonal, suele ser característica de las rocas metamórficas monominerales (cuarcitas, mármoles, etc.) y de las corneanas, es decir, de rocas metamórficas que se formaron bajo condiciones estáticas.

Mármol

B) LEPIDOBLÁSTICA. Esta definida un apilamiento de minerales planares (micas), los cuales están orientados de forma que sus caras planares son paralelas entre sí. Suele ser característica de las rocas metamórficas micaceas (esquisitos, micacitas, algunos gneises, etc.).

Esquisto micaceo

Microfotografía de un esquisto

C) NEMATOBLÁSTICA. Es similar a la lepidoblástica, sólo que en este caso el apilamiento no es de minerales con hábito planar sino acicular. Suele ser característica de las anfibolitas.

Piroxenita

D) PORFIDOBLÁSTICA. Cuando se observa una serie de cristales de gran tamaño (porfidoblastos) englobados en una matriz compuesta por granos de un tamaño sensiblemente menor, es decir, existen dos poblaciones distintas de cristales. Generalmente, los porfidoblastos son minerales índice que nos indican las condiciones que se alcanzaron durante el metamorfismo.

Esquisto con porfidoblastos de granate

Microfotografía de porfidoblastos

de granate

7.5 Estructuras de origen metamórfico

Las fuertes presiones (hidrostáticas o no) que caracterizan a los ambientes metamórficos favorecen la orientación de los minerales. Esta orientación preferencial de los materiales da origen a:

•FOLIACIÓN: como resultado de la presencia de minerales hojosos (micas, arcillas) o aciculares (augita, hornblenda) orientados paralelamente. La roca se parte a lo largo de estos planos definidos por la foliación.

•BANDEAMIENTO: es el desarrollo de capas alternantes de minerales de distinta composición, que resulta generalmente en la intercalación de capas de distinta coloración. La roca no se parte generalmente por estos planos.

7.6 Microestructuras

Cuando el proceso metamórfico se produce bajo condiciones de presiones dirigidas y existen minerales que puedan desarrollar un hábito planar o prismático, éstos suelen crecer orientados, disponiéndose perpendiculares a la dirección desde la que se ejercen las presiones máximas.

Desarrollándose en este caso una fábrica planar en la roca denominada foliación (las rocas suelen fracturarse siguiendo los planos de foliación). Existen diferentes tipos de foliación, dependiendo del grado de metamórfico alcanzado y de la mineralogía de la roca inicial:

A) PIZARROSIDAD. Este tipo de foliación está definida por la cristalización orientada de minerales planares muy pequeños, no visibles a simple vista (fundamentalmente micas). La pizarrosidad es característica de condiciones de bajo grado metamórfico (baja P y T).

B) ESQUISTOSIDAD. Cuando aumenta el grado metamórfico los minerales planares aumentan de tamaño y son visibles a simple vista. En algunos casos en las superficies de foliación se observan grandes placas de micas, que le dan un aspecto escamoso. La esquistosidad es característica de condiciones de grado metamórfico medio - alto.

C) BANDEADO GNÉISICO. Durante el metamorfismo en grado alto las migraciones iónicas pueden ser lo suficiente grandes como para causar, además de la orientación de los minerales con hábito planar, la segregación de minerales en capas. Éstas producen bandas de minerales claros y oscuros, que confieren a las rocas metamórficas un aspecto bandeado muy característico. Es propio del metamorfismo de alto grado.

D) ESQUISTOSIDAD de CRENULACIÓN. Cuando la roca ha sido sometida a dos procesos de deformación diferentes separados en el tiempo, es decir, a dos direcciones de compresión diferentes es posible observar dos sistemas de foliaciones que se cortan entre sí. Generalmente una de ellas está plegada, definiendo una serie de pequeños arcos poligonales.

Fotografía de microscopio

El tipo de foliación está también relacionado con el tamaño de grano y, por tanto, con el grado de metamorfismo que

ha sufrido la roca. Las rocas que presentan pizarrosidad tienen el grano muy fino o

fino, las que presentan esquistosidad tienen el grano grueso y, por último, las que tienen bandeado gnéisico definido tienen el grano grueso o muy grueso.

7.7 Composición Mineralógica

Es muy variada, debido a que el metamorfismo es un proceso en el que no varía de forma apreciable la composición química premetamórfica y, por tanto, tenemos tantas posibles composiciones como diferentes tipos de rocas sedimentarias e ígneas.

Generalmente, se establecen cuatro series composicionales en función del grupo litológico - geoquímico de rocas de las que procede la roca metamórfica.

SERIE ROCAS PREEXISTENTES

Ultramáficas R. ígneas ultramáficas

Máficas R. ígneas máficas

Pelítico - grauváquicas R. sedimentarias ricas en Si y Al.

Calcolsilicatadas R. seddimentarias carbonatadas

No obstante, durante el proceso metamórfico sí se producen importantes cambios en la mineralogía entre la roca inicial premetamórfica y el producto final.

Muchos de los minerales que se forman durante el metamorfismo sólo pueden formarse en unos intervalos presión , temperatura o P/T muy restringidos.

A estos minerales que pueden darnos información sobre las condiciones de presión y temperatura que alcanzó una roca durante el metamorfismo, se les denominan minerales índices.

Por lo tanto, podemos concluir que la composición mineralógica de una roca metamórfica va a depender de la composición de la roca inicial, y del grado de metamorfismo que haya alcanzado.

Siendo el objetivo del estudio de las rocas metamórficas establecer con precisión esos dos parámetros: tipo de protolito y condiciones metamórficas desarrolladas.

7.8 Clasificación

La clasificación de las rocas metamórficas es muy compleja, aunque de una manera muy simplificada podemos basarla en la presencia o ausencia de foliación y en la composición mineralógica.

De esta forma podemos establecer dos grandes grupos: las rocas foliadas y las no foliadas.

A)ROCAS FOLIADAS

A su vez, las rocas foliadas pueden subdividirse, en función del tipo de foliación, tamaño de grano, y minerales índice.

1. PIZARRA. Roca de grano muy fino, con minerales planares abundantes. Las pizarras son propias de metamorfismo de bajo grado (protolito: rocas detríticas de grano fino).

Roca de metamorfismo regional de bajo grado y grano fino, y que es altamente

fisible. La fisibilidad proviene de la alenación paralela de pequeños

filosilicatos

2. ESQUISTO. Roca de grano grueso que contiene más de un 20% de minerales planares. Es característica del metamorfismo de grado medio (protolito: varios tipos de rocas detríticas y volcánicas). En función del mineral índice que presente, podemos establecer: esquistos biotíticos, esquistos con cloritoide, esquistos con estaurolita, esquistos anfíbólicos (esquistos verdes), esquistos granatíferos, etc.

Roca metamórfica de composición pelítica con esquistosidad. Los esquistos tienen un tamaño de grano más grande que las filitas. Los minerales que definen la esquistosidad puden ser micas, como la moscovita, la biotita y/o cuarzos elongados.

3. GNEIS. Roca de grano grueso, que presenta minerales alargados y granulares en las bandas claras y planares en las oscuras. Es propia del metamorfismo de alto grado (protolito: granitos --> ortogneis, ortogneise glandularres; rocas sedimentarias -- paragneis).

Rocas bandeadas de grano grueso formadas durante el metamorfismo

regional de grado alto.El bandeado es el resultado de la

separación de los minerales oscuros (p.e.j hornblenda, piroxeno y biotita) de los minerales cuarzofeldespáticos

claros.

B) ROCAS NO FOLIADAS.

Generalmente están compuestas por un solo mineral (monominerales) cuyos cristales se caracterizan por tener un hábito equidimensional. Las rocas metamórficas no foliadas más características son:

1. MÁRMOL. Roca metamórfica de grano grueso, compuesta por granos de calcita. Esta roca proviene del metamorfismo de calizas o dolomías. Las impurezas pueden darle diferentes coloraciones.

Microfotografía

2. CUARCITA. Roca metamórfica compuesta por granos de cuarzo, que proviene del metamorfismo de areniscas ricas en cuarzo. En algunos casos, las estructuras sedimentarias de las areniscas (estratificaciones cruzadas,...) se conservan dando lugar a bandeados.

Roca metamórfica compuesta por cuarzo y habitualmente

formada a partir de una arenisca rica en cuarzo.

3. CORNEANAS. Son rocas que han sufrido metamorfismo de contacto y no tienen fábrica planar, pero si minerales índice desarrollados en mayor o menor grado.

Pizarra mosqueada (corneana)Los pequeños puntos sobre la pizarra son debidos al crecimiento

de minerales metamórficos por el efecto térmico del metamorfismo

7.9 Minerales Índice

Según el orden de temperatura creciente, los minerales índices de metamorfismo más comunes son: clorita, biotita, andalucita y sillimanita.

Por ejemplo, en condiciones de metamorfismo de bajo grado, cristalizan principalmente filosilicatos del grupo de las micas como clorita, biotita y moscovita.