LOS MATERIALES DEL SISTEMA TIERRA: MINERALES Y ROCAS
María del Carmen Cabrera SantanaFrancisco José Pérez Torrado
Universidad de Las Palmas de Gran Canaria
1. DEFINICIONES BÁSICAS
Cristal, mineral, vídrio
Roca, textura, paragénesis
Sistema, fase
2. CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES
Problemas taxonómicos y de nomenclatura
Criterios de clasificación. La Clasificación de Dana
Minerales formadores de rocas
3. CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS
Problemas taxonómicos y de nomenclatura
Los tres grandes grupos de rocas
El Ciclo Petrológico moderno – Tectónica de Placas
DEFINICIONES BÁSICAS - I
• CRISTALSólido resultado del ordenamiento de átomos, iones o moléculas que lo constituyen en las tresdimensiones del espacio. Guardan una relación geométrica definida, aunque puedan tenerimperfecciones
• MINERALSustancia sólida e inorgánica natural que posee una composición química fija ovariable dentro de unos límites estrechos y que posee un ordenamiento atómicotridimensional y sistemático
• MINERALOIDESólido o líquido natural inorgánico en estado amorfo
• VÍDRIOLíquido polimerizado inorgánico (natural o no) en estado amorfo
DEFINICIONES BÁSICAS - II• ROCAAgregado natural, más o menos coherente y multigranular, formado por uno o máscomponentes sólidos (minerales, clastos, fósiles, etc). Una roca es un sistema termodinámicometaestable, cuyas fases minerales y sus relaciones texturales pueden reflejar los diferentesambientes físico-químicos por los que ha pasado el material hasta el momento actual
• TEXTURAConjunto de factores geométricos (tamaño de grano, grado de cristalinidad, forma, etc.) definidos por losdiferentes componentes (minerales, clastos, fósiles, etc) de una roca
• PARAGÉNESISAsociación mineral estable en una determinada roca condicionada por similares condiciones físico-químicas (T, P, pH, Eh, etc)
• FASEToda parte homogénea de un sistema que puede extraerse de él mecánicamente
• SISTEMAFracción aislada del universo, en la que se analizan los cambios producidos por parámetros externos. Unsistema puede ser:
Sistema cerrado: sólo transferencia de energía entre el exterior y el sistema
Sistema abierto: transferencia de energía y masa entre ambos
Sistema aislado: sin ningún tipo de transferencia. Utópico
PROPIEDADES PARA EL DIAGNÓSTICO DE LOS MINERALES
MÉTODOS QUÍMICOS Provocar reacciones químicas para determinar elementos característicos Muy agresivas y en desuso
MÉTODOS FÍSICOS Mayor sensibilidad, rapidez y poco agresivos Muy diversos. Los más comunes: Ópticos, Difractométricos,
Espectroscópicos y Térmicos
Pasos y métodos físicos para el estudio de los minerales
Tablas tomadas de
Galán y Mirete (1979)
CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES
• Existen más de 4400 minerales (especies y variedades), pero aún sesiguen descubriendo nuevos
• Taxonomía: no hay orden jerárquico completo Clases, Subclases, Grupos, Especies [series isomorfas], Variedad
• Nombre de los minerales: no hay reglas Terminación “ita” Nombres tradicionales
• Criterios de clasificación: incompatibles entre sí Composición química Estructura cristalina Génesis (ambiente de formación)
J.D. Dana (1837) clasificó los minerales en base a sus radicales aniónicos.Originalmente propuso 8 clases, pero en la actualidad se han elevado a 12
1. Elementos nativos
2. Sulfuros (S2-)
3. Sulfosales (combinación del S con As y Sb)
4. Óxidos e Hidróxidos (O2- y OH- )
5. Haluros (Cl -, F -, Br – , I -)
6. Carbonatos ([CO3] 2-)
7. Nitratos ([NO3] 2-)
8. Boratos ([BO3] 2-)
9. Fosfatos ([PO4] 3-)
10. Sulfatos ([SO4] 2-) y Cromatos ([CrO4] 2-)
11. Wolframatos ([WO4] 2-) y Molibdatos ([MoO4] 2-)
12. Silicatos ([SiO4] 4-)
CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES
SEGÚN LA PROPORCIÓN EN LA QUE APARECEN EN LAS ROCAS
MINERALES FUNDAMENTALES: Presentes siempre en las rocas en proporciones > 5%MINERALES ACCESORIOS: Casi siempre presentes en las rocas pero en pequeñas proporciones (< 5%)MINERALES ACCIDENTALES: Aparecen sólo ocasionalmente en las rocas y en escasas proporciones
SEGÚN EL MOMENTO DE FORMACIÓN
MINERALES PRIMARIOS: Formados en el mismo momento de generación de la rocaMINERALES SECUNDARIOS: Originados con posterioridad a la formación de la roca, a partir de la alteración de minerales primarios
MINERALES FORMADORES DE ROCAS
Tablas tomadas de Galán y Mirete (1979)
PRINCIPALES MINERALES PETROGENÉTICOS EN LA CORTEZA TERRESTRE
Tablas tomadas de Galán y Mirete (1979)
Distribución global de los minerales en la corteza terrestre
PRINCIPALES MINERALES PETROGENÉTICOS EN LA CORTEZA TERRESTRE
Figura tomada de Tarbuck y Lutgens (2005)
Tetraedro de Si: estructura básica de los silicatos
LOS SILICATOS MINERALES CONSTRUCTORES DE ROCAS
XmYn(ZpOq)Wr
• X = iones grandes, carga débil, con nº coordinación cúbica (8) o superior con el oxígeno (Na, Ca, K, Rb, Ba)
• Y = iones medianos, divalentes a tetravalentes, en coordinación octaédrica (6) (Al, Fe2+, Fe3+, Mg, Ti, Mn)
• Z = iones pequeños, con fuerte carga en coordinación tetraédrica (4) (Si, Al)
• O = es el oxígeno
• W = grupos aniónicos adicionales tales como OH, Cl, F, etc.
• p:q = subíndices que dependen del grado de polimerización de los silicatos
• m, n, r = dependen de la condición de neutralidad eléctrica de todo cristal
Figura tomada de Tarbuck y Lutgens (2005)
Tabla tomada
de Clein y Hurlbut (1997)
PROPIEDADES GENERALES DE LOS SILICATOS
CRISTALOGRAFÍA• En general, simetría baja
• 45% monoclínicos; 20% rómbicos; 10% tetragonales; 9% triclínicos; 9% cúbicos; 7% hexagonales-trigonales
DENSIDAD• En general, disminuye al aumentar el grado de polimerización
• Nesosilicatos pueden alcanzar valores de hasta 5 gr/cm3, mientras que en los Tectosilicatos de 2-3 gr/cm3
DUREZA• En general, disminuye al aumentar el grado de polimerización
EXFOLIACIÓN• Muy marcada en Filosilicatos (1 juego de planos) y en Inosilicatos (2 juegos de planos)
• Poco marcada o nula en Nesosilicatos y Tectosilicatos (3 juegos)
TEMPERATURA DE FORMACIÓN• En general, disminuye al aumentar el grado de polimerización
• Los silicatos se encuentran en todos los ambientes petrogenéticos: magmáticos, metamórficos y sedimentarios
POLIMERIZACIÓN DE LOS SILICATOS
SUBCLASE ESTRUCTURA RADICAL ANIONICO Si:O
NESOSILICATOS (SiO4)4- 1:4
SOROSILICATOS (Si2O7)6- 2:7
CICLOSILICATOS
Anillos de 3 (Si3O9)6-
1:3Anillos de 4 (Si4O12)8-
Anillos de 6 (Si6O18)12-
INOSILICATOSCadenas Sencillas (Si2O6)4- 1:3
Cadenas Dobles (Si4O11)6- 4:11
FILOSILICATOS (Si4O10)4- 2:5
TECTOSILICATOS (SiO2) 1:2
POLIMERIZACIÓN DE LOS SILICATOS
Figura tomada de
Tarbuck y Lutgens (2005)
PASOS PARA EL ESTUDIO DE LAS ROCAS Y DISCIPLINAS INVOLUCRADAS
Figura tomada de Raymond (2002)
Figura tomada de Castro Dorado (1989)
• 3 grandes clases: Ígneas o Magmáticas,Sedimentarias y Metamórficas• Criterios de clasificación: independientes entrecada clase de roca (incluso entre subclases)• Nombre de las rocas: no hay reglas
SedimentariasMagmáticas
MetamórficasDistribución proporcional en áreas
SedimentariasMagmáticas
Metamórficas
Distribución proporcional en volúmenes
DISTRIBUCIÓN EN LA CORTEZA
• Los afloramientos de rocas sedimentariassuponen, aproximadamente, el 66% de la superficetotal de la corteza. El restante 34% se lo repartencasi por igual rocas magmáticas y metamórficas.• Si se considera el volumen, las rocassedimentarias solo suponen el 4,8% de la corteza.• En el global de La Tierra, este volumen de rocassedimentarias se reduce a un 0,013 - 0,027%
CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS
Gráfico1
66
15
19
Hoja1
664.8
1540
1955.2
100100
Hoja1
Hoja2
Hoja3
Gráfico2
4.8
40
55.2
Hoja1
664.8
1540
1955.2
100100
Hoja1
Hoja2
Hoja3
PATRONES TEXTURALES COMO BASE PARA LA CLASIFICACIÓN DE ROCAS
Figura tomada de Castro Dorado (1989)
LÍMITES
Figuras tomadas de Liesa y Alías (1999)
• SEDIMENTARIAS – METAMÓRFICAS: final diagénesis – metamorfismo grado muy bajo. En lamayoría de los protolitos entre 100-150ºC (línea muerta: desaparición hidrocarburos ytransformación restos vegetales en carbón) – Minerales índices: zeolitas (pero algunas zeolitasson metamórficas y otras sedimentarias)
• METAMÓRFICAS – ÍGNEAS: inicio de la anatexia entre 700-900ºC a P corticales (curva Q-Ab-Oren presencia de agua) - Extracción del líquido magmático > 7% fusión parcial (gradaciónimperceptible entre migmatitas y granitos) – Para protolitos máficos, el inicio de la fusión seretrasa a mayores temperaturas
EL CICLO PETROGENÉTICO ACTUAL
• PLUTÓNICAS: Solidificación del magma en el subsuelo (altas T y P) en periodos dilatados de tiempo• VOLCÁNICAS: Solidificación del magma en la superficie (T y P ambientales) de forma muy rápida
• SUBVOLCÁNICAS (FILONIANAS): Conductos de emisión del magma hacia la superficie. Característicasintermedias
ROCAS MAGMÁTICAS
ROCAS MAGMÁTICAS
Fotos tomadas de http://www.ucm.es/info/diciex/programas/las-rocas/
Lava pahoe-hoe (Hawai)
Dique (La Gomera)
http://www.ucm.es/info/diciex/programas/las-rocas/rocasypaisaje/plutonicas/images/pedriza_jpg.jpg
Olivino Mg - Fe Ca plagioclasa
Mg piroxeno
Mg-Ca piroxeno
anfibol
biotita
(Esp
inel
a)
Feldespato Kmoscovita
Cuarzo vs Feldespatoides
Na plagioclasa
Ca-Na plagioclasa
Na-Ca plagioclasa
CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA DE LOS MAGMAS
SERIES DE REACCIÓN DE BOWEN (1922)
ROCAS MAGMÁTICAS
ROCAS MAGMÁTICAS
Figura tomada de Schmincke (2004)
Holocristalina Hialocristalina
Figura tomada de Davidson et al. (2001)
DIFERENCIACIÓN y AMBIENTE DE CONSOLIDACIÓN MAGMÁTICA
Causas de la variedad petrológica
ROCAS MAGMÁTICAS
Figura tomada de Davidson et al. (2001)
DIFERENCIACIÓN y AMBIENTE DE CONSOLIDACIÓN MAGMÁTICA
Causas de la variedad petrológica
ROCAS MAGMÁTICAS
Figuras tomadas de Castro Dorado (1989)
CLASIFICACIONES EN BASE AL CONTENIDO MODAL DE DETERMINADOS MINERALES
• Diagrama específico para rocas básicas, intermedias y ácidas
• Diagramas propios para rocas ultrabásicas
ROCAS MAGMÁTICAS
CLASIFICACIÓN BASADA EN LA PROPORCIÓN DE CIERTOS ELEMENTOS QUÍMICOS MAYORES
• Para las rocas piroclásticas se les añade, además, proporción y tamaño de partículas
Figura tomada de Castro Dorado (1989)Figura modificada de Le Maitre (1989)
ROCAS MAGMÁTICAS
MAGMATISMO Y TECTÓNICA DE PLACAS
Figura tomada de Schmincke (2004)
AMBIENTESGEOTECTÓNICOS
BORDES DE PLACAS INTRAPLACAS
CONVERGENTES(DESTRUCTIVOS)
DIVERGENTES(CONSTRUCTIVOS) INTRA-OCEÁNICA
INTRA-CONTINENTAL
MANIFESTACIONES Arcos Islas; Márgenes continentales activosDorsales; Dorsales en
cuencas tras-arco Islas volcánicasRift intracontinentales; Provincias basálticas
SERIES MAGMÁTICAS
Calco-alcalina; Tholeítica; Alcalina Tholeítica Alcalina; Tholeítica Alcalina; Tholeítica
MAGMATISMO Y TECTÓNICA DE PLACAS
ROCAS SEDIMENTARIAS
Tabla y Figura tomadas de Corrales et al. (1977)
ROCAS SEDIMENTARIAS
Fotos tomadas de http://www.ucm.es/info/diciex/programas/las-rocas/
http://www.ucm.es/info/diciex/programas/las-rocas/rocasypaisaje/bioquimicas/images/ruinoso_jpg.jpg
ROCAS SEDIMENTARIAS
Figuras tomadas de Tucker (2001)
SEDIMENTACIÓN Y TECTÓNICA DE PLACAS
ROCAS METAMÓRFICAS
Tabla tomada de
Castro Dorado (1989)
ROCAS METAMÓRFICAS
Fotos tomadas de http://www.ucm.es/info/diciex/programas/las-rocas/
ROCAS METAMÓRFICAS
SEGÚN EL AMBIENTE GEOLÓGICO• De impacto: Predominio P pero puede llegarse a fusión• Metamorfismo de contacto: Predominio T. Reajustes mineralógicos• Hidrotermal: Predominio T y fluidos. Reajustes mineralógicos y químicos (Metasomatismo)• Dinamometamorfismo (Fallas): Predominio P. Reajustes texturales• De enterramiento: Cuencas subsidentes• Regional (Orogénico): Doble cinturón (Alta y baja relación P/T)• Fondo oceánico: Predominio T y fluidos. Metasomatismo (aloquímico)
BORD
ES P
LACA
S
Figura tomada de
Liesa y Alías (1999)
METAMORFISMO Y TECTÓNICA DE PLACAS
TECTÓNICA DE PLACAS: CONTROL DE LA PETROLOGÍA
Figura tomada de Raymond (2002)
REFERENCIAS• Castro Dorado, A. (1989): Petrografía Básica. Texturas, Clasificación y Nomenclatura de rocas. Ed.Paraninfo, Madrid. 143 pp.
• Clein, C. y Hurlbut, C.S. (1997): Manual de Mineralogía de Dana (4ª Edición, vol. 1 y 2). Ed. Reverté,Barcelona. 362 y 438 pp.
• Corrales, I.; Rosell, J.; Sánches de la Torre, L.; Vera, J.A. y Vilas, L. (1977): Estratigrafía. Ed. Rueda,Madrid. 718 pp.
• Davidson, J.P.; Reed, W.E. y Davis, P.M. (2001): Exploring Earth. An introduction to PhysicalGeology (2nd edition). Ed. Prentice Hall, Londres. 549 pp.
• Galán, E. y Mirete, S. (1979): Introducción a los minerales de España. Ed. IGME, Madrid. 420 pp.
• Le Maitre, R.W. (1989): A classification of igneous rocks and glossary of terms. Ed. BlackwellScientific, Oxford, 193 pp.
• Liesa, M. y Alías, G. (1999): Petrologia de les Roques Metamòrfiques. Ed. Universitat de Barcelona,Barcelona. 132 pp.
• Raymond, L.A. (2002): Petrology. The study of igneous, sedimentary & metamorphic rocks. Ed.McGraw Hill, Boston. 720 pp.
• Schmincke, H.U. (2004): Volcanism. Ed. Springer-Verlag, Berlín. 324 pp.
• Tarbuck, E.J. y Lutgens, F.K. (2005): Ciencias de la Tierra. Una introducción a la Geología Física (8ªedición). Ed. Pearson-Prentice Hall, Madrid. 710 pp.
• Tucker, M.E. (2001): Sedimentary petrology (3ª edición). Ed. Blackwell Science, Oxford, ReinoUnido. 262 pp.
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