PETROLOGIA Y PETROGRAFIA

Universidad de Los Andes Programa de Actualización Docente Estrategias Didácticas para la Virtualidad Mérida – Venezuela.

Conceptos Básicos de Petrología y Petrografia

Cátedra: Geología Física Prof. Laura Pimstein Z ULA-NUAA

Introducción Los docentes de la nueva década tenemos la obligación y el compromiso de generar recursos didácticos computarizados que faciliten la adquisición y divulgación de materiales informativos útiles para el desarrollo y aprendizaje de los contenidos educativos. Estos recursos deben estar adaptados a las nuevas exigencias que demandan los estudiantes cibernéticos.

En función de ello, se ha elaborado esta guía digital, esperando pueda servir de apoyo a los estudiantes de las Ciencias de la Tierra y aficionados del área. En esta guía se incluyen los conceptos básicos de Petrología y Petrografía, el ciclo de las rocas y la descripción de los principales grupos de rocas con sus características, lo cual forma parte de uno de los temas de la asignatura Geología Física.

Tema 3: Conceptos BĂĄsicos de PetrologĂ­a y Petrografia

La petrología y la petrografía son ciencias derivadas de la geología que estudian las rocas y trabajan de la mano, aunque bajo dos enfoques distintos.

Mientras la petrografía estudia la composición y proporción de cada uno de los minerales existente para su clasificación y nombre y la petrología se interesa en estudiar las características texturales y facies minerales, para dilucidar o interpretar : historia geológica, ambiente de formación, régimen de estrés, entre otros rasgos que pudieran resultar de interés en la investigación. Siempre hablamos de rocas y minerales, ya que es imposible separarlas, pues todas las rocas están constituidas por uno o más minerales.

Existen tres formas básicas de analizar un mineral o una roca: por métodos macroscópicos, métodos microscópicos y por 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.

Tomada de: http://www.rena.edu.ve/cuartaEtapa/cienciasTierra/Tema18.html

En el estudio de las rocas es necesario conocer los complejos procesos de formación de una roca, para ello contamos con un esquema idealizado de este proceso en la naturaleza al cual llamaremos CICLO DE LAS ROCAS.

¿Que es el ciclo de las Rocas?

Es un esquema idealizado que nos permite tener una idea general de cómo se forma cada uno de los tres grupos principales de rocas: ígneas, sedimentarias y metamórficas. Del mismo modo mediante el ciclo de las rocas también es posible conocer las relaciones entre si y los cambios que experimentan las rocas en su evolución.

Se conoce que a gran profundidad las rocas experimentan enormes presiones y temperaturas, por lo cual las rocas se hallan formando un fundido que denominamos magma en profundidad y lava en superficie. Cuando este fundido eventualmente se enfría, ya sea por extrusión (erupción volcánica) o por intrusión (que se cristaliza en la profundidad) se forman las rocas ígneas. Lo que sucede con la roca que emerge de la erupción es parte de la siguiente etapa del modelo básico del ciclo de las rocas. Estas condiciones fragmentan la roca en pequeñas partículas, las cuales se mezclan con otras sustancias. A esta combinación de partículas se le conoce como sedimento y las fuerzas naturales se encargan de transportarlas hasta un punto de equilibrio, donde las capas de sedimento se depositan en lechos fluviales y lagos para comenzar la diagénesis (compactación y litificación), un proceso que convierte al sedimento en roca. Esta roca la denominaremos roca sedimentaria. Continuando con el ciclo, la roca sedimentada puede experimentar un alto grado de presión y calor

natural por presión litostatica, tectonismo entre otras de las causas que darán lugar al metamorfismo, transformando la roca sedimentaria a metamórfica. Si esta roca metamórfica es soterrada a mayor profundidad bajo un exceso de presión y calor, llegara a la fusión completando el ciclo.

Tomada de: http://ve.kalipedia.com/geografia-espana/tema/ciclo-rocas-tectonica-placas.html?x=20070417klpcnatun_72.Kes&x1=20070417klpcnatun_71.Kes

Para comprender cada etapa de este ciclo ahondaremos en cada grupo y su clasificación.

¿Como se forman las Rocas Ígneas?

Las rocas ígneas se forman cuando se solidifica el material fundido denominado magma, el magma no es más que una mezcla de roca fundida con cristales y gases que se halla a profundidad (250km.). Debido a que este material fundido se encuentra a altas condiciones de temperatura y presión, cuando se produce una diferencia de presión o se genera una cavidad u otra condición que favorezca su ascenso, este material suele abrirse paso, y conforme asciende va perdiendo t y p, y sus componentes van perdiendo movilidad y van cristalizando formando las denominadas rocas ígneas.

Si el magma solidifica en profundidad, la roca formada se denominara intrusita o plutónica, en cambio si se desarrolla en el interior de la corteza terrestre pero cercana a la superficie se denomina hipoabisal, típicas de los filones o diques que no llegan a superficie, y finalmente si el magma asciende rápidamente y la solidificación se produce en superficie, se denominara roca ígnea extrusiva, típicas de las erupciones volcánicas. Por otra parte, la velocidad de enfriamiento limitara la capacidad de desarrollar cristales, las rocas que cristalizan en profundidad tienen mas tiempo, por lo que desarrollan cristales mas grandes y mejor formados, mientras las rocas eruptivas generan cristales más pequeños. De aquí una de sus clasificaciones, según sus texturas: Textura Faneritica (grano grueso) Los cristales minerales son perceptibles a simple vista. Ejemplo: El Granito (véase figura)

Tomada de: http://aliciaalcantaragomez.blogspot.com/2010/11/rocas-magmaticas_30.html

Textura Afanitica (grano fino) Los cristales minerales no son perceptibles a simple vista. Ejemplo: La Riolita (véase figura)

Tomada de: http://web.eps.utk.edu/courses/rock/rhyolite.html

Textura Porfídica (granos gruesos y finos). Los minerales cristalizan a temperaturas y velocidades por lo que se forman grandes cristales en una matriz de cristales mas pequeños. Se puede dar en cualquier roca que desarrolle esas características, por ejemplo un granito con fenocristales, podría ser una roca ígnea de textura Porfídica o también llamada pórfido (véase figura).

Tomada de: http://geofys.blogspot.com/2010/11/rocas-igneas.html

Textura Vítrea (no se alcanzan a desarrollar cristales por su rápido enfriamiento. La Obsidiana.

Tomada de: http://aliciaalcantaragomez.blogspot.com/2010/11/rocas-magmaticas_30.html

Textura Piroclástica (resultan de la violenta actividad volcánica, la cual puede contener fragmentos de roca, vacuolas, cenizas, vidrio, etc.). La toba o brecha volcánica.

Otra de las clasificaciones se ha hecho de acuerdo a su composición mineralógica, es decir de acuerdo con las proporciones de minerales claros y oscuros que contengan, los cuales dependerán del tipo de magma que le dio origen.

Los diferentes silicatos que constituyen las rocas ígneas cristalizan en un orden determinado, que está condicionado por la temperatura. La serie de cristalización de Bowen (1928) nos muestra el orden de cristalización de los distintos silicatos conforme disminuye la temperatura de un magma. En este esquema evolutivo se pueden distinguir tres grupos de minerales: •

Los ferromagnesianos denominados así por su alto contenido en hierro y magnesio (olivino, piroxenos, anfíboles, biotita). Debido a su composición son minerales de colores más oscuros. Forman una serie de cristalización discontinua y cristalizan en un rango de temperaturas altas.

•

Las plagioclasas. Forman una serie de cristalización continua entre la anortita y la albita. Cristalizan también en un intervalo de temperaturas altas medias.

•

Silicatos no ferromagnesianos (cuarzo, moscovita y ortosa). Son los minerales que cristalizan a menor temperatura. Estos minerales contienen una mayor proporción de aluminio (Al), potasio (K), calcio (Ca) y sodio (Na), que de hierro y magnesio.

A las rocas con un alto contenido en minerales ferromagnesianos se les denomina máficas (máficos, del latín magnesium y ferrum). Suelen tener un índice de color alto (tonalidades oscuras).GABRO-BASALTO (equivalente volcánica) Y a las rocas con alto contenido en minerales no ferro magnesianos (cuarzo, moscovita, feldespato K, plagioclasa y feldespatoides) se les denomina félsicas (félsico, proviniente de feldespato y sílice). Son rocas con un índice de color bajo (tonalidades claras).GRANITO-RIOLITA (equivalente volcánica) Otro grupo intermedio lo constituyen las rocas que poseen una composición intermedia o andesitita, representan una mezcla entre minerales oscuros (anfíbol, piroxeno, biotita) y minerales claros (plagioclasas). DIORITA- ANDESITA (equivalente volcánica) También existe el grupo de las ultramaficas, las cuales poseen fundamentalmente olivinos y piroxenos. PERIDOTITA-KOMATITA (equivalente volcánica) La clasificación de las rocas ígneas se realiza en función de la textura y de la composición química que presentan: ROCAS PLUTONICAS O INTRUSIVAS- TEXTURA FANERITICA Y COMPOSICION FELSICA Granito: son sin duda, las rocas plutónicas más abundantes y los componentes fundamentales de la corteza continental. En general son rocas acidas, con mas de un 70% de SiO2, de textura granuda y con cada uno de sus componentes minerales bien perceptibles a simple vista. Los minerales mayoritarios, todos ellos silicatos, son el cuarzo, los feldespatos (en forma de ortosa o de plagioclasa) y las micas, como la biotita o mica negra y la moscovita.

Usos: se utiliza para adoquines, bordillos y también para grava (triturada, angulosa). Los granitos coloreados, son buscados para revestimiento de fachadas, embaldosados de suelos o para esculturas.

Granodiorita: es una roca acida formada por cuarzo, plagioclasas, ortosa (en menor proporción), biotita y, con frecuencia hornblenda, roca de transición entre el granito y la diorita.

Usos: se utiliza en construcción para realizar lapidas y como lozas de cementerios.

ROCAS EXTRUSIVA- TEXTURA AFANITICA Y COMPOSICION MAFICA Basalto: es una roca efusiva de grano fino, con pequeñas cavidades de burbujas redondeadas, color gris oscuro, negro gris a azul oscuro. El basalto es compacto y difícilmente se rompe. Mineralógicamente están formados por plagioclasas y piroxenos en algunos casos con cantidades significativas de olivino, son los equivalentes volcánicos de los gabros.

Usos: se utiliza como grava de carretera y para el afirmado de las vías de tren, en las construcciones bajo el agua y para realizar pequeños enladrillados.

A causa de la finura de su grano no es indicado para adoquinar las calles pues no es abrasivo y por desgaste se pulimenta y por la humedad se hace resbaladizo.

ROCAS EXTRUSIVA- TEXTURA PIROCLASTICA Y COMPOSICION FELSICA Pumita: (piedra pómez), su nombre proviene de la palabra latina “espuma”, en realidad presenta una estructura esponjosa. En sentido mineralógico la pumita es considerada como un vidrio esponjoso. Se forma por un enfriamiento rápido de una lava rica en gases y tiene una estructura amorfa con porosidad abundante, la masa esta llena de poros de tamaño regular (que habían sido espacios vacíos llenos de gas). Su color puede ser gris claro, rica en sílice y de color negro grisáceo, debido a las múltiples refringencias y difracciones de la luz en el material altamente poroso, la densidad en poros permanece por debajo de 1.

Usos: su empleo como material para pulimentar y en productos de cosmética. En construcción se emplea para fabricar rocas ligeras (rocas esponjosas).

Los trozos de pumita triturados y mezclados con cemento forman, una vez prensados, piezas adecuadas para la construcción, también suele utilizarse para la preparación de detergentes y para alisar las asperezas de la piel.

ROCAS EXTRUSIVA- TEXTURA PORFIDICA Y COMPOSICION INTERMEDIA Andesita: roca volcánica oscura, de grano fino; es el equivalente extrusivo de la diorita. De composición intermedia entre el basalto y la riolita, la andesita se compone en su mayor parte de feldespato plagioclasa y cantidades menores de biotita o de hornblenda. La roca aparece en torrentes y diques de lava donde, de acuerdo con la teoría de la tectónica de placas, las placas de la corteza terrestre chocan unas con otras (en las islas Aleutianas, los Andes, la cordillera de las Cascadas, México, Japón y Siberia). En otras zonas de actividad volcánica, predomina el basalto.

Las andesitas son rocas acidas, de textura porfídica, generalmente de tonalidades claras y formadas por plagioclasas y minerales maficos, como aguita, hornblenda y biotita. Son los equivalentes volcánicos de la diorita.

Usos: Sus usos industriales son similares a los de la ortosa, la amazonita, variedades como gema que se pule como piedra.

ROCAS INTRUSIVA- TEXTURA FANERITICA Y COMPOSICION ULTRAMAFICA Peridotita: es una roca ígnea plutónica formada por lo general de olivino (peridoto) acompañados de piroxenos y anfíboles. Es muy densa y de coloración oscura. Se trata de la roca que forma el manto terrestre.

Usos: Fuente Importante de cromo.

¿Cómo se forman las Rocas Sedimentarias?

Las rocas sedimentarias son originadas a partir de la diagénesis, entendiéndose como todos los cambios físicos, químicos y biológicos que sufre el sedimento (fragmentos de otras rocas, de restos de plantas y animales o de precipitados químicos) luego de su depositación para convertirse en roca. La diagénesis se inicia con la depositación, luego comienza el soterramiento por el peso del material suprayacente, con el cual cambian las condiciones de t y p (20- 30grados x Km.), que dan lugar a la litificación, que comprende la compactación (perdida de volumen y agua) y cementación (recristalización de minerales y generación de una pasta cementante), este es quizás el proceso más importante en esta transformación de sedimento a roca. De acuerdo a su origen existen dos tipos principales de rocas sedimentarias: •

ROCAS SEDIMENTARIAS DETRÍTICAS son las formadas a partir de la sedimentación de fragmentos de otras rocas después de una fase meteorización y transporte. Los constituyentes principales de estas rocas son fragmentos de rocas preexistentes, granos de cuarzo, micas, feldespatos y su alteración arcillas. La clasificación de estas rocas se basa en los tamaños de sus partículas.

Intervalo de Tamaño (mm.)

Nombre del sedimento

Roca detrítica

Grava

Conglomerado o Brecha

1/16 - 2

Arena

Arenisca

1/256 – 1/16

Limo

Limolita

< 1/256

Arcilla

Lutita

> 256 64-256 4-64 2-4

Las constituidas por trozos de tamaño grande son los conglomerados, las areniscas poseen granos de tamaño intermedio y las limolitas y lutitas contienen partículas muy pequeñas (los limos y arcillas).

Tomada de: http://www.geovirtual2.cl/geologiageneral/ggcap05b.htm

Lutita: es una roca detrítica integrada por partículas del tamaño de la arcilla y del limo. Principalmente se compone de minerales arcillosos (grupo de la caolinita, grupo de la montmorillonita, illita), que se forman en el campo sedimentario (de neoformación) y de restos de cuarzo, feldespato y mica.

Componentes adicionales son hematita, limonita, calcita, dolomita, yeso y los sulfuros. Son de colores muy variables: gris, verde, rojo, café, negra. Las variedades negras son particularmente ricas en sustancias orgánicas. La lutita es una roca masiva, terrosa, normalmente bien compactada, a menudo porta fósiles, por ejemplo foraminíferos, ostrácodos, graptolites y trilobites.

Arenisca: es la roca detrítica más abundante luego de la lutita, se encuentra compuesta predominantemente por partículas de arena. Se forman en diversos ambientes y la selección y forma de sus granos da indicios de su lugar de origen. Una arena bien seleccionada, es una arena donde todos sus granos poseen tamaños similares y viceversa.

Conglomerado: es una roca sedimentaria de tipo detrítico formada por cantos redondeados de otras rocas unidos por un cemento. Se distingue de las brechas en que éstas consisten en fragmentos angulares. Ambas se caracterizan porque sus fragmentos constitutivos son mayores que los de la arena (>2 mm).Una característica muy común en los conglomerados es su mala selección, porque los huecos entre los grandes clastos suelen rellenarse de material fino. Su acumulación se asocia a diversos ambientes, normalmente indica pendientes acusadas o corrientes turbulentas. Algunos depósitos glaciares y de avalanchas también suelen asociarse con conglomerados y brechas.

•

ROCAS SEDIMENTARIAS QUÍMICAS Y ORGÁNICAS son las formadas a partir de la precipitación de determinados compuestos químicos en soluciones acuosas o bien por acumulación de substancias de origen orgánico. Un tipo muy común es la roca caliza, formada en su mayor parte por restos de organismos como corales, algas, etc. aunque también puede originarse por precipitación de cementos calcáreos. Las tobas calcáreas son rocas muy porosas y con abundantes restos vegetales que se originan en los ríos cuando el carbonato de calcio precipita sobre la vegetación.

Los carbones y petróleos son rocas sedimentarias orgánicas originadas a partir de la acumulación de restos de materia orgánica. Poseen un enorme interés económico.

Caliza: es la roca sedimentaria química más abundante, su composición fundamental es CaCo3 y su origen puede ser inorgánico (evaporación y actividad química, caliza oolítica, fragmentos de caparazón que han sido recubiertos por el CaCo3 provenientes de las aguas que los moviliza)o como resultado de procesos bioquímicos (arrecifes de coral que forman enormes barreras).

Coquina: caliza de grano grueso compuesta por caparazones poco cementados.

Sílex: son rocas microcristalinas cuyo origen se cree proviene de las diatomeas y radiolarios.

Evaporitas: son rocas sedimentarias de origen químico resultante de la evaporación de las aguas y precipitación de las sales minerales. Ejemplo: Mar Rojo.

Dolomía: es una roca sedimentaria química compuesta fundamentalmente por el mineral dolomita, carbonato cálcico magnésico. Su origen se cree proviene de la sustitución del Ca presente en la caliza por el Mg presente en el agua del mar.

¿Cómo se forman las Rocas Metamórficas?

Las rocas metamórficas se forman a partir de la transformación de una roca preexistente ya sea ígnea sedimentaria o incluso otra metamórfica, la cual se denomina roca madre. El metamorfismo tiene lugar cuando las rocas se someten a un ambiente físico o químico diferente al de su condición inicial, ocasionando cambios de t y p y la introducción de fluidos químicamente activos.

El proceso metamórfico se realiza en estado sólido, es decir las transformaciones se producen sin que la roca llegue a fundirse. La mayoría de las rocas metamórficas se caracterizan por un aplastamiento general de sus minerales que hace que se presenten alineados. Esta estructura característica que denominamos foliación se ve muy bien en rocas como las pizarras, los esquistos y los gneises.

El metamorfismo suele progresar desde cambios ligeros (metamorfismo de bajo grado) a cambios notables (metamorfismo de alto grado).La naturaleza del metamorfismo se vincula corrientemente en uno de estos tres ambientes: •

Metamorfismo de contacto o térmico (intrusión de masa magmática) se produce cuando una masa magmática intruye en las rocas, transfiriendo un aumento de la temperatura en el interior de la roca huésped que rodea la intrusión ígnea.

•

Metamorfismo Hidrotermal (Intrusión de aguas cálidas) se produce por la entrada de aguas calientes ricas en iones circulantes entre las fracturas de las rocas, las cuales promueven alteraciones químicas. Este tipo de metamorfismo suele estar asociado con la actividad ígnea que proporciona el calor necesario para provocar las reacciones químicas y hacer circular los fluidos a través de la roca.

•

Metamorfismo Regional (Soterramiento) se produce durante la formación de montañas, cuando grandes volúmenes de roca se someten a presiones dirigidas y a elevadas temperaturas asociadas con deformaciones a gran escala.

A diferencia de las rocas ígneas y sedimentarias, en las cuales los granos no poseen una orientación preferencial, las rocas metamórficas, por sus condiciones de formación (p y t) suelen presentar una orientación asociada a sus condiciones de formación especialmente a la disposición de los esfuerzos para el momento de su formación, esto se hace visible en la roca por la presencia de minerales con habito planar como las micas, y∕o minerales alargados como los anfíboles. A esta orientación se le denomina foliación y es el criterio general usado para su clasificación: rocas foliadas, poco foliadas y rocas no foliadas: Rocas Foliadas: las rocas foliadas pueden desarrollar diversa texturas según la roca madre y grado de metamorfismo presente: pizarrosidad (Bajo grado de metamorfismo), esquistosidad (medio a alto grado de metamorfismo) y∕o bandeada (alto grado de metamorfismo).

Las pizarras son arcillas metamorfizadas. Presentan foliación muy recta, paralela y próxima. Generalmente son oscuras y pueden contener fósiles.

Las filitas presenta una estructura laminar planar u ondulada, producida por la orientación de filosilicatos, y su textura de grano muy fino, no visible a simple vista, pero sí al microscopio petrográfico, donde se pueden distinguir sus minerales más comunes: micas, principalmente moscovita cuarzo, talco, albita y clorita, entre otros. Las superficies poseen un brillo sedoso, a veces muy característico, y tacto untuoso, semejante al del talco.

Se laja fácilmente y es relativamente poco coherente. Se describe comúnmente como una transición del metamorfismo regional entre el esquito y la pizarra.

Los esquistos son rocas que han sufrido un metamorfismo más intenso. Presentan foliación algo deformada y los fósiles que pudiera haber en la roca original desaparecen durante el proceso metamórfico.

El Gneis es una roca que ha sufrido un metamorfismo muy intenso. Sus principales minerales son el cuarzo, los feldespatos y las micas (como el granito) pero se presentan orientados en bandas claras y oscuras.

Rocas no foliadas se desarrollan en ambientes donde la deformación es mínima y los protolitos están compuestos por minerales que presentan cristales equidimensionales, como el cuarzo o la calcita.

El mármol: se trata de rocas carbonatadas (como las calizas) que han sufrido metamorfismo y presentan un aspecto cristalino característico.

La cuarcita: son areniscas ricas en cuarzo metamorfizadas.

Micaesquisto granatifero : se trata de una roca no foliada la cual proviene del metamorfismo de un esquisto, en el cual ocurrió una recristalización de minerales como el granate, la estaurolita y andalucita (desarrollo de grandes granos) y los minerales mas débiles como las micas (biotita y moscovita) pasaron a formar la matriz de granos pequeños.

"El conocimiento es como el fuego, que primero debe ser encendido por algún agente externo, pero que después se propaga por sí solo."

Samuel Johnson

Elaboración y Montaje: Programa de Actualización Docente Prof. Laura Pimstein Z. E-mail: laurapimstein@yahoo.es

Julio 2012

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