Tema 13. Los procesos geológicos internos: magmatismo, metamorfismo y tectónica

TEMA 13.- LOS PROCESOS GEOLÓGICOS INTERNOS: MAGMATISMO, METAMORFISMO Y TECTÓNICA Los procesos geológicos internos son el resultado de la dinámica interna del planeta. Esta dinámica se manifiesta principalmente a través de: Magmatismo: Fusión de las rocas produciendo un líquido, el magma, que contiene geses disueltos. Metamorfismo: Proceso que origina cambios en las rocas que son sometidas a elevadas presiones y temperaturas, sin llegar a fundirse. Esfuerzos tectónicos: Las rocas sometidas a esfuerzos de compresión o distensión experimentan deformaciones como los plegamientos y las fracturas. Estos procesos están estrechamente ligados a la dinámica de los penachos térmicos (que ascienden desde la capa D en la zona de transición del manto y el núcleo) y a las interacciones que tienen lugar en los bordes de las placas litosféricas. Las zonas de subducción, las dorsales oceánicas y las fallas transformantes son zonas donde se produce una intensa actividad magmática y tectónica, y un intenso metamorfismo. MAGMATISMO En determinadas zonas de la corteza terrestre y parte superior del manto (entre los 10 y los 200 km de profundidad), los materiales están sometidos a unas condiciones de presión y temperatura (entre 700 y 1.200ºC) que se encuentran fundidos formando un líquido espeso incandescente denominado magma, que contiene una proporción variable de gases disueltos (vapor de agua y CO2 principalmente). El magma se origina generalmente en forma de gotas dispersas en el seno de la roca sólida. Posteriormente estas gotas se reúnen formando otras mayores que tienden a ascender y acumularse. Esto puede originar finalmente un gran volumen de magma, que compone una cámara magmática. La roca que engloba a la cámara magmática recibe el nombre de roca encajante. En el interior del magma puede haber dispersa una fracción sólida compuesta por: Fragmentos desprendidos de la roca encajante. Restos sin fundir de la roca a partir de la que se formó el magma. Cristales que han comenzado a formarse en el interior del líquido (se entiende por cristales o estructura cristalina aquella que presenta una disposición ordenada de los átomos, lo que da como resultado el desarrollo de superficies planas o caras) Factores que influyen en el magmatismo La formación de un magma mediante la fusión de una roca sólida es un proceso que está determinado por los siguientes factores: La temperatura.- Cuando en una zona del interior de la corteza o el manto aumenta la temperatura, debido al ascenso de un penacho térmico o al rozamiento entre dos placas litosféricas, las rocas comienzan a fundirse. La presión.- La fusión de las rocas depende también de la presión. Una presión alta dificulta la fusión, de manera que una masa rocosa que asciende, al ver disminuida la presión a la que está sometida, tendrá más tendencia a la fusión y formación de magma. La composición de la roca.- Las rocas que forman la corteza y el manto están formadas por diversos minerales, cada uno de los cuales tiene un punto de fusión diferente. Dependiendo de los minerales se formará magma con mayor o menor facilidad y con unas características determinadas. La presencia de agua.- El agua facilita la formación del magma debido a que en los entornos de gran presión y temperatura, las moléculas de agua están ionizadas en forma de OH- y H+. Estos iones interfieren los enlaces químicos de los minerales y facilitan la fusión. Las rocas magmáticas El magma se forma a gran profundidad (entre 10 y 200 km aproximadamente). Una vez formado, el magma tiene las propiedades de un líquido caliente, con menor densidad que la de las rocas a su alrededor y por tanto tiende a subir hacia la superficie, en forma de grandes bolsas o a través de fracturas. Al bajar su temperatura, el magma se solidifica formando rocas magmáticas o ígneas (del griego, fuego). Las rocas magmáticas son las más abundantes en la corteza terrestre (constituyen el 80% de su masa). Las rocas magmáticas se clasifican, dependiendo del lugar de enfriamiento y consolidación, en plutónicas, volcánicas y filonianas. Rocas plutónicas. Las rocas plutónicas se forman por enfriamiento lento en el interior de la Tierra a medida que la masa magmática asciende hacia la superficie. . En las rocas plutónicas, el enfriamiento lento del magma permite la formación de grandes cristales, característicos de este tipo de rocas. Las principales rocas plutónicas son el granito, la sienita y el gabro. El granito está formado por cuarzo (cristales de color grisáceo, casi transparentes), feldespato (cristales de color blanco, los más abundantes) y mica. (cristales negros, muy brillantes). La sienita y el gabro tienen características similares a las del granito y presentan un color rosado y oscuro respectivamente. Los emplazamientos de las rocas plutónicas reciben distintos nombres según la forma y el tamaño de la masa de magma de la que proceden: batolito (masa plutónica de grandes dimensiones), lacolito (de menor tamaño y con frecuencia entre estratos sedimentarios), dique (si se introducen en fracturas de la roca encajante) y sill (similar a un dique pero situada horizontalmente entre dos capas de roca sedimentaria) Rocas volcánicas. Las rocas volcánicas se forman por enfriamiento rápido del magma arrojado por los volcanes. Debido al enfriamiento brusco en la superficie terrestre, las rocas volcánicas suelen presentar cristales pequeños incluidos en una masa vítrea (sin cristalizar). En casos de enfriamiento muy rápido no se forman cristales, sino una pasta homogénea llamada vidrio volcánico, como la obsidiana. Por otra parte, las rocas volcánicas pueden presentar huecos debido a que han experimentado una desgasificación durante su enfriamiento, como es el caso de la pumita o piedra pómez, que tiene una densidad tan baja que la roca flota en el agua. La roca volcánica más abundante es el basalto. Rocas filonianas. Son rocas que se forman por el enfriamiento del magma en grietas de la roca encajante denominadas diques o filones. En estos filones se pueden encontrar minerales de gran interés económico de los que se obtiene hierro, plomo, mercurio… La clasificación de las rocas magmáticas puede hacerse según su textura en: Textura vítrea.- No se aprecian cristales, ni a simple vista ni al microscopio. La roca es una masa de vidrio. Solo se presenta en rocas volcánicas, como la obsidiana. Textura microcristalina.- Los cristales no se aprecian a simple vista pero sí al microscopio petrográfico. Se presenta en rocas volcánicas como el basalto. Textura vacuolar.- La roca presenta burbujas, apreciables a simple vista o al microscopio. Se presenta en rocas volcánicas como la pumita. Textura cristalina.- La roca está formada por un mosaico de cristales apreciables a simple vista. Se da en las rocas plutónicas, como el granito. Textura porfídica.- La roca está formada por grandes cristales rodeados de otros más pequeños. Es típica de rocas filonianas. METAMORFISMO Las rocas, cualquiera que sea su origen –sedimentario, ígneo o metamórfico- después de su formación, pueden quedar sometidas a nuevas condiciones de presión y/o temperatura. Como consecuencia de ello, se producen cambios en los minerales que las forman, que recristalizan, dando origen a las rocas metamórficas. Estas transformaciones, que reciben el nombre de metamorfismo, se producen en estado sólido, sin que la roca llegue a fundir. Los valores de la presión y la temperatura en las regiones profundas de la litosfera son muy diferentes de los que reinan en su superficie. La presión aumenta con la profundidad debido al peso de las rocas situadas en la parte superior. Por otra parte en determinadas zonas se producen presiones por la convergencia de las placas litosféricas. La temperatura, también aumenta con la profundidad debido al calor interno de la Tierra, y puede elevarse en determinadas zonas, debido a la presencia de magmas que ascienden hacia la superficie. Los incrementos de temperatura y presión que tienen lugar durante el metamorfismo aumentan la movilidad de los átomos que componen los minerales de las rocas afectadas. Así, pueden ordenarse según estructuras cristalinas diferentes que resultan más estables en las nuevas condiciones. Este mecanismo se denomina recristalización. Si los cristales que se forman son planos el resultado es una roca metamórfica de estructura laminar o foliar, característica del metamorfismo regional. Si los cristales que se forman son irregulares y no presentan ninguna orientación especial la estructura es granoblástica. Tipos de metamorfismo En función de los factores (presión y/o temperatura) que intervienen en el proceso metamórfico, se distinguen dos tipos de metamorfismo: el regional y el de contacto. Metamorfismo regional. Se debe a la acción conjunta de la presión y la temperatura. Se localiza en las áreas donde convergen dos placas litosféricas. En estas zonas, las rocas están sometidas a altas temperaturas y presiones. Estas rocas contienen minerales orientados a causa de las fuertes presiones que han soportado. Como consecuencia, presentan la llamada textura foliar, con los cristales orientados perpendicularmente a la dirección de la presión. Metamorfismo de contacto. Se debe a las altas temperaturas que se generan junto a un magma. Alrededor del magma se forma una aureola de rocas metamórficas. Estas rocas suelen presentar minerales bien cristalizados que no se orientan en una dirección preferente (estructura granoblástica). Clasificación de las rocas metamórficas Las rocas metamórficas se clasifican en función de la roca original y de la intensidad del metamorfismo sufrido. Las principales son: Pizarras, resultantes de un metamorfismo regional de grado bajo a partir de rocas arcillosas. Las pizarras se rompen fácilmente en lajas con superficies lisas que se utilizan para cubrir tejados Esquistos. Se forman si el metamorfismo regional de las rocas arcillosas es más intenso. En los esquistos el grano es más grueso que en las pizarras. Gneis. Proceden de un metamorfismo regional muy intenso. Con frecuencia presentan bandas alternas de minerales claros y oscuros (gneis bandeado) o grandes cristales de minerales claros entre las bandas (gneis glandular). Mármoles, procedentes del metamorfismo de contacto de rocas calizas. Cuarcitas, originadas por el metamorfismo de contacto de areniscas. Roca original Roca metamórfica Metamorfismo Caliza Mármol Térmico Arenisca Cuarcita Térmico Arcilla Pizarra Esquisto Gneis Regional LA TECTÓNICA. DEFORMACIONES DE LAS ROCAS La tectónica es la parte de la geología que estudia las deformaciones que experimentan las rocas cuando se ven sometidas a esfuerzos de compresión o de distensión. Las rocas pueden tener comportamientos diferentes ante el esfuerzo que las deforma: Comportamiento dúctil. Como el que presenta la arcilla húmeda, que no recupera su forma inicial al cesar el esfuerzo. Comportamiento frágil. Como el de una pieza de cerámica, que se rompe cuando el esfuerzo es suficiente para producir su deformación. Factores que determinan el comportamiento de las rocas Una misma roca, por ejemplo una caliza, puede mostrar elasticidad, ductilidad o fragilidad ante un esfuerzo, dependiendo de algunos factores que influyen en su comportamiento: La presión litostática. Es la producida por el peso de los materiales suprayacentes, y es tanto mayor cuanto más profundamente enterradas en la corteza están las rocas. La presión litostática dificulta la rotura de las rocas y facilita su comportamiento dúctil. El contenido en fluidos. Una roca cuyos poros están ocupados por fluidos como el agua o el petróleo, presenta un comportamiento más dúctil y menor tendencia a la rotura que otra cuya porosidad contiene aire. La temperatura. El incremento de temperatura facilita el comportamiento dúctil y reduce la fragilidad de las rocas. La duración del esfuerzo. Los esfuerzos bruscos inducen en las rocas un comportamiento elástico o frágil, mientras que los que se incrementan poco a poco y se mantienen durante millones de años producen un comportamiento dúctil. Comportamiento dúctil de las rocas. Los pliegues Los pliegues son el resultado de la deformación dúctil de las rocas ante un esfuerzo de compresión. Pueden presentarse en cualquier tipo de roca, pero son más fáciles de apreciar y estudiar en las rocas que están dispuestas en capas, como las sedimentarias o algunas metamórficas. En un pliegue se pueden identificar los siguientes elementos: Plano axial. Es un plano imaginario que pasa por la charnela de todas las capas del pliegue, y divide a este en dos partes. Charnela. Es la zona de mayor curvatura de las capas. Flancos. Son las zonas que quedan a ambos lados de la charnela. Núcleo. Es la zona más interna del pliegue. En los anticlinales es la capa más inferior, mientras que en los sinclinales es la capa superior la que forma el núcleo. La clasificación de los pliegues se puede hacer atendiendo a diferentes criterios: Por la disposición de sus capas según antigüedad: Anticlinales: los estratos son más antiguos cuanto más hacia el núcleo. El pliegue es convexo hacia arriba. Sinclinales: los estratos son más jóvenes cuanto más hacia el núcleo. El pliegue es cóncavo hacia arriba. Por su simetría Simétricos respecto del plano axial Asimétricos respecto del plano axial. Por la inclinación del plano axial Rectos: el plano axial se encuentra en posición vertical. Inclinados o tumbados: el plano axial se encuentra inclinado. Recumbentes: el plano axial se encuentra muy inclinado u horizontal. Una sucesión de anticlinales y sinclinales puede producirse a diferentes escalas, desde centímetros hasta kilómetros. Es frecuente ver en el campo pliegues de forma anticlinal o sinclinal, o ambos, con una escala de metros o decenas de metros, pero cuando el plegamiento ha sido muy intenso y ha ocurrido en zonas profundas de la corteza, donde las rocas tienen un comportamiento muy dúctil debido a la presión litostática y a las altas temperaturas, es posible observar pliegues de escala centimétrica. Comportamiento frágil de las rocas. Diaclasas y fallas Cuando las rocas están sometidas a un esfuerzo que origina su rotura se dice que tienen un comportamiento frágil. En las rocas se pueden producir dos tipos de fracturas: Diaclasas o grietas. Son fracturas en las que los fragmentos resultantes no se desplazan, sino que permanecen en la misma posición, previa a la rotura. Fallas. Son fracturas en las que se produce un desplazamiento de los bloques que quedan a ambos lados del plano de rotura. Formación de diaclasas Las diaclasas se producen siempre por un esfuerzo distensivo en las rocas, que puede estar causado por: Pérdida de volumen por desecación. Es característico de materiales arcillosos, que pueden absorber mucha agua y que al secarse disminuyen su volumen. Las grietas que se forman se llaman grietas de retracción. Pérdida de volumen por enfriamiento. Es típico de las coladas de lava, sobre todo si son de gran espesor y hay mucha diferencia de temperatura entre la superficie y el interior. Se forman grietas que rompen la masa de lava en prismas poligonales, y provocan una disyunción columnar. Descompresión. Las rocas que se han formado en zonas profundas de la corteza, sometidas a una presión elevada, cuando llegan a zonas más superficiales donde la presión es menor, tienden a dilatarse y a aumentar su volumen, lo que puede producir su diaclasado. Efecto de cuña. El agua que se introduce en las pequeñas grietas, al helarse y aumentar de volumen ejerce una gran fuerza que puede acentuar el diaclasado. Las raíces de los árboles producen un efecto similar. Origen, tipos y elementos geométricos de las fallas Las fallas son fracturas en las que se produce el desplazamiento de un bloque con respecto a otro y a diferencia de las diaclasas, se pueden formar por esfuerzos distensivos, compresivos o de cizalla. Estos tres esfuerzos originan los tres tipos básicos de fallas: directas o normales, inversas y de desgarre. Falla normal: un esfuerzo de distensión o tensión provoca que el bloque techo descienda y el bloque muro ascienda. Falla inversa: un esfuerzo de compresión provoca que el bloque techo ascienda y el bloque muro descienda. Falla de desgarre: falla en la que el movimiento de los bloques es horizontal. Este tipo de fallas son típicas de límites transformantes de placas tectónicas. El desplazamiento total de los bloques es el salto de falla. Animaciones sobre tectónica: http://www.juntadeandalucia.es/averroes/manuales/tectonica_animada/tectonanim.htm http://www.classzone.com/books/earth_science/terc/content/visualizations/es1103/es1103page01.cfm?chapter_no=visualization http://www.juntadeandalucia.es/averroes/manuales/tectonica_animada/tect_swf_files/33%5B1%5D.swf http://www.slideshare.net/pacozamora1/tema-16-procesos-geolgicos-internos# Pliegues, fallas, diaclasas. http://www.recursospizarra.es/drupalsod/sites/default/files/183302_am_1.swf Tutorial determinación epicentro http://nemo.sciencecourseware.org/eec/Earthquake_es/

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