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.
Vídeo de la Universidad de Sevilla sobre cómo clasificar a las rocas
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.
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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
El vulcanismo es un conjunto de procesos geológicos por los cuales el magma, junto con los gases que contiene, salen a la superficie terrestre a través de grietas o fisuras en la corteza terrestre.
Los fenómenos volcánicos están asociados a la presencia en la corteza terrestre, cerca de la superficie, de una cámara magmática. En esa masa de magma se puede producir una sobrepresión por acumulación de gases o por la entrada de agua procedente de las rocas encajantes. Esto la vuelve inestable.
Si la sobrepresión produce el agrietamiento de la corteza hasta el punto en que se abre una salida al exterior para el magma, se produce una descompresión súbita que libera los gases disueltos en el fluido magmático.
La salida brusca de esos gases empuja el magma a través de la grieta y tiene lugar una erupción volcánica. El fenómeno es similar al que se produce cuando se abre de golpe la botella de un refresco con gas que hemos agitado.
4.1 Productos volcánicos
En una erupción volcánica salen expulsados al exterior:
a) Gases. Los gases que se desprenden del magma y salen al exterior en las erupciones son, principalmente, vapor de agua (70%) y dióxido de carbono (15%). Frecuentemente también se expulsan óxidos de azufre (5%), nitrógeno (5%), amoniaco, ácido sulfhídrico, etc.
b) Lava. Es el magma desprovisto de gases, es decir, el componente fluido del magma, que sale del volcán. La composición química de la lava, que tiene que ver
con la del magma original, determina su viscosidad y, por lo tanto, su capacidad para fluir por la superficie:
· Las lavas de composición básica (basáltica) son poco viscosas y fluyen con facilidad por la superficie, formando ríos de lava y coladas. Las erupciones con este tipo de lava son efusivas y poco violentas (el ejemplo más típico es el volcán Kilauea en Hawai).
· Las lavas de composición ácida (granítica) son muy viscosas, lo que dificulta su flujo por la superficie. Estas suelen taponar el cráter provocando erupciones explosivas muy violentas (los ejemplos del volcán Krakatoa en Indonesia o del monte Santa Helena en USA son paradigmáticas).
c) Piroclastos. Son los materiales sólidos expulsados por los volcanes, o bien fragmentos de lava que solidifican en el aire tras ser expulsados. Dependiendo de su tamaño se clasifican en: bombas volcánicas, con tamaño de bloques o cantos; lapilli, con tamaño de grava: cenizas y polvo volcánico, con tamaño de arcilla.
4.2 Tipos de vulcanismo
En función del material emitido desde la cámara magmática, se pueden distinguir dos tipos de vulcanismo:
a) Primario o principal. Supone la salida del magma, en forma de lava, junto con los gases que llevaba disueltos. Son las erupciones principales de los volcanes, que se producen, de forma periódica, mientras la cámara magmática sigue recibiendo magma y acumulando presión.
b) Secundario. Supone la liberación de gases o agua a altas temperaturas a través de fumarolas, géiseres o fuentes termales. Suele producirse antes de las erupciones principales o después de ellas, cuando la cámara magmática es más estable y puede prolongarse mucho en el tiempo.
4.3 Tipos de erupciones volcánicas
Para medir esto, se usa el índice de explosividad volcánica (IEV), que es una escala de nueve grados en la que cada grado corresponde a una erupción 10 veces más potente que la del anterior. Según esto, las erupciones son:
a) Erupciones efusivas y ligeras (IEA 0 y 1); lavas muy fluidas con muy poca o ninguna explosividad.
b) Erupciones explosivas y violentas (IEA 2 y 3); expulsan lavas viscosas y producen explosiones con emisión de piroclastos, sobre todo al inicio de la erupción.
c) Erupciones catastróficas y cataclísmicas (IEA 4 y 5); expulsan lavas muy viscosas y producen grandes explosiones. La columna piroclástica que proyectan se eleva varios kilómetros, se desploma por su enorme peso y genera coladas piroclásticas muy destructivas.
d) Erupciones colosales y apocalípticas (IEA 6 a 8); expulsan ingentes cantidades de materiales explosivos que afectan a grandes áreas. Son de este tipo las erupciones freáticas, que ocurren cuando la cámara volcánica toca un acuífero, evapora el agua y genera mucha presión. También son así las erupciones de los llamados supervolcanes, que tienen cámaras magmáticas gigantescas y pueden arrasar un área enorme.
4.4 Formas del relieve originadas por el vulcanismo
Los fenómenos volcánicos modifican en gran medida el relieve pudiendo destacar tres formaciones características:
a) Formaciones originadas por la acumulación de materiales volcánicos (edificios volcánicos, islas volcánicas).
b) Formaciones originadas por explosiones o colapsos (calderas)
c) Formaciones originadas por la erosión de los edificios volcánicos (roques o pitones). Estos son los antiguos tapones de roca de las chimeneas volcánicas que quedan al descubierto al erosionarse el volcán.
4.5 Tipos de volcanes
4.6 Las rocas volcánicas
Las rocas volcánicas son las que se forman en la superficie terrestre cuando la lava que se emite en las erupciones volcánicas se enfría y se solidifica.
Algunas de las rocas volcánicas más representativas, por su abundancia o por sus
peculiares características son las siguientes:
a) El basalto. Es una roca de color generalmente muy oscuro. Está formada principalmente por plagioclasas, piroxenos y, en ocasiones, olivino. Procede de magmas básicos.
b) La andesita. Es una roca de colores claros compuesta fundamentalmente por plagioclasas ricas en sodio y calcio y otros minerales, entre los que se puede encontrar el cuarzo.
c) La pumita. Es una roca de color claro que procede de magmas ácidos. Está formada por cuarzo, feldespato y plagioclasas y es tan ligera que flota en el agua. Su baja densidad se debe a la liberación brusca de los gases antes de solidificarse lo que ha dejado numerosas vacuolas. También se la conoce vulgarmente como piedra pomez.
d) La obsidiana. Es una roca de color negro verdoso y un brillo vítreo muy característico. Tiene carácter ácido y está formada fundamentalmente por silicatos. Tiene una textura vítrea, sin cristales y se caracteriza por fracturarse según superficies cóncavas (fractura concoidea), dejando bordes muy afilados (era usada en cuchillos y armas en la antigüedad).
e) La riolita. Es una roca de color claro y de composición ácida (cuarzo, feldespato potásico y plagioclasas ricas en sodio y calcio) y de grano fino.
Solemos encontrar las rocas volcánicas en masas (formadas al enfriarse las coladas volcánicas) o en acumulaciones de piroclastos.
5. Plutones y rocas plutónicas
Cuando las masas de magma que ascienden por la corteza terrestre no afloran al exterior y se quedan entre las rocas el enfriamiento y la solidificación de estos emplazamientos magmáticos genera el magmatismo plutónico (y las rocas magmáticas plutónicas).
5.1 El magmatismo plutónico
El magmatismo plutónico es el conjunto de procesos geológicos asociados al emplazamiento o intrusión del magma entre las rocas encajantes del interior de la corteza terrestre y su consolidación en masas de rocas magmáticas plutónicas llamadas plutones.
Como los plutones se forman en el interior de la corteza, su enfriamiento es muy lento. Esto favorece una buena cristalización de los minerales del magma. Por esa razón, las rocas que se originan suelen tener cristales de gran tamaño y bien formados.
Según la forma en que se emplazan entre las rocas encajantes, los plutones pueden ser:
a) Concordantes o tabulares; su forma es paralela a la estratificación de la roca encajante. En este tipo tenemos a los silis, los lacolitos y los lopolitos.
b) Discordantes o masivos; su forma y su contacto con la roca encajante son irregulares. De este tipo son los batolitos y los diques.
5.2 Las rocas plutónicas
Las rocas plutónicas son las que se forman en los plutones, por el enfriamiento lento de masas de magma emplazadas entre las rocas del interior de la corteza.
Como ya hemos visto antes, suelen presentar “grano grueso” y sus cristales se aprecian a simple vista porque han cristalizado lentamente y tenido tiempo para crecer.
Algunas de las rocas plutónicas más representativas, por su abundancia o por sus
peculiares características son las siguientes:
a) Peridotita; color oscuro y muy básica, ultramáfica, con un contenido en sílice inferior al 40%. Está formada por olivino y piroxenos. Tiene textura fanerítica. Es el principal componente del manto terrestre.
b) Gabro; color verde muy oscuro y negro. Es básica, máfica, y está formada por piroxeno y plagioclasas. Textura fanerítica. Componente principal de la corteza oceánica.
c) Diorita; Roca de colores más claros que el gabro. Su composición es intermedia (ni muy ácida ni muy básica, andesítica), con un contenido intermedio en sílice. Tiene abundantes plagioclasas ricas en sodio y calcio. Textura fanerítica.
d) Sienita; Roca de composición intermedia o andesítica. con baja proporción de sílice. No presenta cuarzo o este no es predominante. Está formada por feldespatos potásicos como la ortosa y anfíboles. Textura fanerítica.
e) Granito; Roca de colores claros y composición ácida, félsica, con un alto contenido en sílice. Está formada por cuarzo, feldespatos y micas.
f) Pegmatita; Roca de carácter muy ácido y colores claros. Está formada, sobre todo, por cuarzo y ortosa, textura pegmatítica con cristales de gran tamaño.
g) Pórfidos; composición química y colores variados. Generalmente están formadas por cuarzo, feldespato y otros minerales. Es característica su textura, llamada porfídica, en la que aparecen cristales muy grandes entre otros más pequeños pero visibles.
Las rocas plutónicas suelen aparecer en la superficie en grandes masas más o menos fragmentadas o disgregadas, que en realidad son plutones desenterrados por la erosión.
Las rocas de este tipo que solidificaron en diques, en sills o en estrechas fisuras suelen llamarse rocas filonianas y pueden contener minerales de los fluidos magmáticos hidrotermales que cristalizaron cuando se produjo la intrusión.
Y con esto terminamos el tema^^
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