Como estudiamos la unidad anterior, los minerales son los componentes básicos de la geosfera pero no es frecuente encontrarlos aislados o en estado puro. Por el contrario, vemos que la mayor parte de los minerales aparecen formando conjuntos o agregados que llamamos rocas.
Las rocas son agregados naturales compuestos por granos o cristales de uno o más tipos de minerales.
1. El ciclo litológico
Los elementos que componen los minerales ya existían hace unos 4 600 millones de años, cuando la Tierra recién formada era una masa ardiente de materiales fundidos y gases. Al irse enfriando el planeta, los minerales cristalizaron y originaron las primeras rocas de la geosfera.
Pero el estudio de las rocas de la corteza terrestre ha mostrado que quedan muy pocas de aquellas rocas originales. En cambio, el origen de la mayoría de las rocas de la corteza es mucho más reciente. Esto significa que las rocas han experimentado continuos procesos de formación y transformación que se pueden resumir en este esquema llamado ciclo de las rocas o ciclo litológico.
El ciclo litológico es el conjunto de los procesos geológicos endógenos y exógenos responsables de la constante formación y transformación de las rocas de la corteza terrestre.
Los procesos geológicos que se producen en el ciclo litológico son:
a) Los procesos exógenos, por la acción de la atmósfera, la hidrosfera los seres vivos y la gravedad, disgregan las rocas de la superficie terrestre, transportan los fragmentos que arrancan de estas y los depositan como sedimentos. Después, la diagénesis transforma esos sedimentos en rocas sedimentarias.
b) El magmatismo, que está directamente relacionado con la energía térmica del interior del planeta, provoca la fusión completa de las rocas de la corteza y la formación de magmas. El enfriamiento de estos magmas da origen a las rocas magmáticas o ígneas.
c) El metamorfismo, que se produce bajo las condiciones de altas presiones y temperaturas de las capas profundas de la corteza, aplasta y calienta las rocas ya existentes y, sin fundirlas, las transforma en otras rocas diferentes llamadas rocas metamórficas.
2. Características de las rocas
Las rocas se diferencian las unas de las otras en tres aspectos que tienen que ver con su origen: la composición, la textura y la estructura.
A) Composición; aunque las rocas son agregados con una cierta heterogeneidad, si se puede decir que cada roca tiene una determinada combinación de minerales (uno o varios). No obstante, la composición por sí sola no sirve para identificar una roca, ya que hay rocas con los mismos minerales, pero con diferentes texturas o estructuras.
B) Textura; es el aspecto que presentan, a simple vista o al microscopio, los minerales que la componen.
La textura viene determinada por el tipo de componentes que forman la roca, su tamaño y su distribución. Aporta datos importantes para identificar la roca y su proceso de formación.
C) Estructura; es la forma en la que están dispuestas en la corteza terrestre, a escala meso y macroscópica. Las rocas pueden aparecer como masas compactas, en capas superpuestas horizontales, inclinadas, intensamente aplastadas, plegadas o fracturadas, fragmentadas, etc...
La estructura de las rocas aporta información tanto sobre su proceso de formación como sobre los fenómenos geológicos que afectaron a las rocas una vez formadas.
3. Procesos magmáticos
Ya hemos estudiado que el interior de la geosfera está muy caliente. El manto terrestre tiene una temperatura tan alta que los minerales pueden llegar a fundirse y formar masas viscosas o magmas, compuestas por una fase líquida, cristales sólidos y gases disueltos.
Los magmas están sometidos a gran presión y tienden a ascender a través de la corteza terrestre, alterándola. Además, al enfriarse, los magmas forman rocas sólidas.
Llamamos magmatismo al conjunto de procesos geológicos relacionados con la formación de los magmas, con su ascenso a través de la corteza terrestre y con su enfriamiento y solidificación para generar rocas magmáticas.
3.1 Formación de los magmas
Un magma se forma cuando las rocas de una zona del interior terrestre se funden. Este paso de sólido a líquido ocurre cuando se dan determinadas condiciones que hacen que los componentes de los minerales alcancen su punto de fusión, es decir, pierdan su estructura cristalina y queden libres. Esto ocurre, por ejemplo:
a) Por un aumento de la temperatura. Esto puede ser consecuencia de la energía interna terrestre, de la fricción generada en los procesos tectónicos o del contacto de unas rocas con otras muy calientes, por ejemplo procedentes del manto profundo.
b) Por una disminución de la presión. La presión a la que está sometida una masa de roca caliente puede descender si dicha masa llega a regiones más superficiales o si se fracturan los materiales que tiene por encima como consecuencia de las fuerzas tectónicas. El descenso de la presión va asociado con un descenso de la temperatura de fusión de los minerales.
c) Por la entrada en las rocas de sustancias volátiles, como el agua, que debilitan las estructuras cristalinas y pueden disminuir la temperatura de fusión de los minerales.
Una vez formada, la masa de magma tiene una densidad menor que las rocas que lo rodean. Por esa razón, los magmas tienden a ascender a regiones más superficiales. Su presión interna y su elevada temperatura favorecen su paso a través de las rocas de la corteza hasta que se acumulan, en zonas llamadas cámaras magmáticas.
3.2 Tipos de magmas
Dependiendo de su composición química, los magmas pueden ser de varios tipos. Así, se suelen distinguir:
a) Magmas ácidos, graníticos o félsicos. Son ricos en sílice. con una concentración superior al 65%. Son magmas muy viscosos que apenas fluyen. Se originan en zonas de subducción, por la fusión de rocas de la litosfera continental.
b) Magmas intermedios o andesíticos. Tienen concentraciones de sílice que oscilan entre el 50 y el 65%. Son magmas de densidad intermedia, que se originan por la fusión parcial del basalto que forma la litosfera oceánica en las zonas de subducción,
c) Magmas básicos, basálticos o máficos. Son pobres en sílice, con concentraciones menores del 50%. Estos magmas son muy fluidos y están asociados a la fusión de rocas del manto en las dorsales oceánicas y los puntos calientes.
Esta clasificación de los magmas es muy poco precisa debido a que la composición de los magmas es tan diversa como la de las rocas de las que proceden. Además, un magma puede tener una composición original en el momento de su formación, pero esta no es constante, sino que cambia debido a que experimenta una evolución magmática.
3.3 Evolución de los magmas
La composición de un magma cambia continuamente desde el momento de su formación. Esto se debe a que cada uno de los minerales que contiene se funden y cristalizan a diferentes condiciones de presión y temperatura, a que el magma va asimilando las rocas circundantes o a que las masas de magma cercanas pueden mezclarse. En otras palabras, un magma es un material en constante evolución.
La evolución magmática es la alteración de su composición química original que se produce durante su ascenso a la superficie y su enfriamiento.
3.3.1 Cristalización fraccionada: series de Bowen
Durante el enfriamiento y la solidificación del magma tiene lugar una cristalización fraccionada de los minerales que contiene, en orden según sus puntos de fusión.
Los primeros minerales en cristalizar son los que tienen puntos de fusión más altos: los ricos en Fe y Mg. Debido a esto, el magma se empobrecerá en estos elementos e irá enriqueciéndose con elementos con menor punto de fusión como el sílice.
Esta cristalización fraccionada sigue un orden que fue descrito por el petrólogo canadiense Norman Bowen. Las series de cristalización de Bowen son dos secuencias que describen el orden de cristalización de los minerales del grupo de los silicatos al ir enfriándose un magma basáltico.
Las dos series son las siguientes:
a) La serie discontinua. Es la que siguen los silicatos ferromagnesianos, ricos en Mg, Fe, Ca y Al. Comienza con la cristalización del olivino.
b) La serie continua. La siguen los silicatos no ferromagnesianos, las plagioclasas de Al, Ca. Na y K, que comienza con la anortita.
Ambas series convergen en una última secuencia común, que culmina con la formación del cuarzo.
Las series de Bowen son teóricas por lo que en la naturaleza no suceden de forma completa al verse alteradas por ascensos muy rápidos del magma (lo que interrumpe el proceso), magma originalmente muy básicos (no tienen suficiente sílice para formar cuarzo al final) o cambios en la composición del magma debidos a la evolución de este.
3.3.2 Diferenciación magmática
Durante la cristalización fraccionada, los cristales ya formados se separan del fluido residual de dos maneras:
a) Por gravedad. Los cristales formados, más densos que el fluido, se depositan gradualmente en el fondo de la cámara magmática. El magma residual queda con una composición diferente de la que tenía en su origen.
b) Por compresión y migración de fluidos. Si el magma en cristalización es comprimido, el fluido residual escapa de la cámara a través de las fracturas e intersticios y cristaliza en otra parte. Como el fluido residual tiene una composición química diferente a la del magma original, dará lugar a rocas magmáticas distintas.
Cuando el magma asciende a través de la corteza, por su menor densidad, provoca la fusión de las rocas que lo rodean (rocas encajantes). Estas rocas fundidas se incorporan al magma alterando su composición (asimilación magmá-tica).
Otra circunstancia que puede alterar la composición de un magma se produce cuando un magma ya diferenciado recibe aportes de otro magma primario (sin diferenciar). Esta mezcla de magmas origina un magma con una composición química diferente.
4. Volcanes y rocas volcánicas
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