FMF - Foro de Mineralogía Formativa

[prcantos]

Límites y divisiones del metamorfismo: series de facies y grado
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Cuando los materiales de la corteza terrestre experimentan unas condiciones diferentes a las de su formación (principalmente presión y temperatura) puede producirse una pérdida del estado de equilibrio termodinámico. Los procesos de cambio que sufren entonces están ordenados a alcanzar una nueva configuración del sistema que sea más estable en las nuevas condiciones, alcanzándose así un nuevo estado de equilibrio. El metamorfismo, como ya se dijo, es el proceso de cambios estructurales y mineralógicos de la roca para alcanzar un nuevo equilibrio; la roca de partida queda transformada.

Naturalmente los límites y las divisiones que se pueden establecer dentro de este proceso del metamorfismo no suelen ser netos, sino con mucha frecuencia graduales, dándose casos en que coexisten de hecho las fases nuevas y las antiguas, aún no transformadas, e incluso casos de metamorfismo regresivo (las nuevas fases vuelven a transformarse total o parcialmente en las antiguas por una recuperación de las condiciones originales). Sin embargo, es muy conveniente hacer este tipo de distinciones.

Por definición, el metamorfismo excluye la diagénesis y la meteorización, y se asume que es un proceso que ocurre en las profundidades de la corteza terrestre. De este modo, el principal factor de inicio y desarrollo del metamorfismo es la temperatura (actuando conjuntamente con los demás agentes). Se llama temperatura de incidencia a la que se da cuando comienzan los cambios minerales que marcan el inicio del metamorfismo. Según esto, podemos decir, en términos generales, que el límite inferior del metamorfismo es la diagénesis y el superior la anatexia.

La diagénesis es el conjunto de cambios físicos, químicos y biológicos que convierten un sedimento en roca sedimentaria, que implica compactación, disolución, reemplazamiento, cristalización, recirstalización, autigénesis, cementación y bioactividad (cf. Bastida, op. cit. p. 506-507). La transición entre diagénesis y metamorfismo en zonas profundas de la litosfera es gradual, y se vincula a la ocurrencia de ciertos cambios minerales característicos (como la transformación de los minerales arcillosos en clorita e illita en los sedimentos pelíticos), y por consiguiente, a sus correspondientes condiciones de presión y temperatura (extrapolables a otros tipos de roca, aunque no cualquier tipo de roca o sedimento sirve para definir el inicio del metamorfismo). Así, se admite que el metamorfismo comienza entre los 150-200ºC correspondientes a una presión de 100-250 MPa y una profundidad de 4-5 Km. (cf. Bastida, op. cit. p. 828). Winkler (op. cit. p. 11) considera que el metamorfismo comienza cuando se tienen asociaciones minerales imposibles de conseguir en un contexto sedimentario; en concreto, se cita la primera aparición de laumontita, lawsonita, glaucofana, paragonita o pirofilita.

La anatexia es la fusión parcial de la roca. Cuando la fusión es completa el metamorfismo ha dado paso al magmatismo. Las rocas que han permanecido en estado sólido durante la fusión parcial se siguen considerando metamórficas (migmatitas). Además de la presión, la presencia de agua reduce notablemente la temperatura de fusión, pasando de 1000-1100ºC en condiciones secas a 650-900ºC.

Entre ambos límites hay toda una amplia gama de combinaciones de presión y temperatura. Para describir organizadamente las posibilidades Eskola introdujo en 1915 el concepto de facies metamórfica a partir de las asociaciones minerales de las metabasitas, desestimando así la propuesta de Grubenmann (1910) y Becke (1913) de las zonas de profundidad (se desligan, pues, las divisiones del metamorfismo de la componente espacial para vincularlas a la paragénesis metamórficas). Se define una facies metamórfica como "un conjunto de asociaciones minerales metamórficas, repetidamente asociadas en el tiempo y en el espacio, que muestran una relación regular entre composición mineral y composición química de la roca, tal que diferentes facies metamórficas se encuentran relacionadas con diferentes condiciones metamórficas, principalmente en lo que se refiere a presión y temperatura, si bien la presión parcial de H2O puede también estar implicada" (Bastida op. cit. p. 866-867). La aparición de ciertos minerales característicos es el indicador del cambio de facies, aunque muchas veces es difícil distinguir si se debe a la variación de las condiciones de presión y temperatura que ha alcanzado la roca o a cambios en su composición química. La descripción del metamorfismo regional de un área geológica exige hablar de series de facies metamórficas (Miyashiro 1961) para describir las diferentes litologías presentes.

Actualmente se sigue fundamentalmente la terminología de Eskola para las facies metamórficas, con nombres tomados de las metabasitas. En algunos casos las facies se subdividen en subfacies. Ante la proliferación de grupos, Winkler (1976) propuso como simplificación su división del metamorfismo en grados metamórficos: muy bajo, bajo, medio y alto (ver figura 1, tomada de la aportación anterior de Emilio Téllez). Miyashiro, por su parte, definió en 1961 los "tipos báricos de metamorfismo" en función de la presión: metamorfismo de baja presión, de presión intermedia, y de alta presión, caracterizadas por el polimorfo del silicato de aluminio que se presenta en la roca y la descomposición de la albita en jadeíta + cuarzo (ver diagrama de la figura 2 con las curvas de equilibrio, tomado de la citada aportación de Emilio Téllez). Finalmente, se ha optado por considerar la relación P/T, que amortigua la disparidad entre P y T (por ejemplo, pueden darse presiones menores en el metamorfismo de alta presión a baja temperatura, que en el metamorfismo intermedio a temperatura alta). Así, Miyashiro (1994) propone las siguientes series de facies según la relación P/T, en una clasificación que parece recoger lo más significativo de todas las propuestas (figura 3):

* Facies del metamorfismo de contacto (por orden creciente de grado metamórfico):

- Facies de las corneanas de albita-epidota.
- Facies de las corneanas de hornblenda.
- Facies de las corneanas piroxénicas.
- Facies de la sanidinita (condiciones muy raras).

* Facies del metamorfismo regional con relación P/T baja o media (orden también creciente de grado metamórfico):

- Serie de facies de grado metamórfico muy bajo:
·) Facies de zeolitas (rocas con laumontita o heulandita)
·) Facies de subesquistos verdes (antes llamada facies de prehnita-pumpellita; rocas de prehnita-pumpellita, rocas metapiroclásticas).

- Serie de facies de grado metamórfico bajo a medio:
·) Facies de los esquistos verdes (pizarra, filita, esquisto de cloritoide, esquisto de clorita, esquisto micáceo...)
·) [ Facies de las anfibolitas de epidota (algunos autores distinguen la facies de la anfibolita de epidota entre los esquistos verdes y las anfibolitas, otros la consideran como una subfacies en el límite superior de los esquistos o una zona de transición a las anfibolitas).]
·) Facies de las anfibolitas.

- Serie de facies de grado metamórfico alto:
·) Facies de las granulias (gneises, granulitas, charnockitas, migmatitas).

* Facies del metamorfismo regional con relación P/T alta o muy alta (orden creciente de nuevo):

- Facies de lawsonita-albita-clorita.
- Facies de los esquistos azules (esquistos con glaucofana, lawsonita, riebeckita, crossita...; cuando falta la lawsonita, se considera una transición de alta presión a los esquistos verdes).
- Facies de las eclogitas (eclogitas y rocas con jadeíta, en límite difuso con los esquistos azules).


Referencias
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H. G. F. Winkler, Petrogenesis of Metamorphic Rocks, Nueva York 1976.
W. Maresch, O. Medenbach, Rocas, Barcelona 1990.
A. Miyashiro, Metamorphic Petrology, Nueva York 1994.
F. Bastida, Geología, una visión moderna de las Ciencias de la Tierra (vol 1), Gijón 2005.
D. Fettes y J. Desmons (ed.), Metamorphic Rocks, A Classification and Glossary of Terms, Cambridge 2011.
A. García Casco, Tipos, grado y facies, en https://www.ugr.es/~agcasco/personal/IUGS/tipos.htm
(enlace normalizado por FMF)

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Gneises y migmatitas del Manto de La Herradura (Complejo Alpujárride de las Cordilleras Béticas).

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Otra roca de grado metamórfico medio-alto: esquisto de sillimanita. Discutida aquí:

https://www.foro-minerales.com/forum/viewtopic.php?t=7995

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Consideraciones espaciales de las áreas metamórficas: zonas, minerales índice, isogradas teóricas e isogradas reales
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Cuando Eskola propone el concepto de facies metamórfica para dividir el amplio rango de configuraciones de presión y temperatura que se da durante el metamorfismo escoge como criterio de división y organización ciertas asociaciones minerales características de ciertas familias de rocas. Este criterio es la alternativa a las teorías de Grubenmann y Becke, basadas en la asociación entre tipo de roca metamórfica y profundidad de enterramiento de los materiales que sufren procesos metamórficos. Como ya se dijo, se desligan las divisiones del metamorfismo de la componente espacial para vincularlas a las configuraciones minerales.

Sin embargo, la propuesta espacial no es del todo inservible, ya que en muchos e importantes casos los fenómenos metamórficos afectan a vastas regiones de la corteza terrestre, como es el caso del metamorfismo regional orogénico o el metamorfismo de contacto.

Barrow (y más tarde Tilley) determinó en el sureste de los Highlands de Escocia varias zonas en las metapelitas caledonianas definidas por la aparición de cierto mineral metamórfico característico (figura 1). Esta zonación, más el aumento del tamaño del grano, se usaron desde entonces como criterio para ordenar las zonas metamórficas por grado metamórfico creciente: zona de la clorita, zona de la biotita, zona del granate (almandino), zona de la estaurolita, zona de la cianita, y zona de la sillimanita. Estas zonas se han reconocido en muchas otras áreas metapelíticas del mundo, y se llaman "zonas metamórficas de Barrow", y también se han extrapolado a las metabasitas (ver figuras 2, 3 y 4). Los minerales característicos de cada zona se llaman "minerales índice del metamorfismo".

Un ejemplo más cercano a nosotros se encuentra en uno de los mantos de corrimiento del Complejo Alpujárride de Sierra Nevada (Granada), el Manto de La Plata, en las sierras de Tocón y de La Peza (figura 5). En este caso la intensa fracturación tectónica ha convertido las zonas de Barrow en un intrincado puzzle de piezas a veces minúsculas y desordenadas. Se puede ver aquí: https://www.foro-minerales.com/forum/viewtopic.php?p=77724#77724 .

Asumido que dentro de cada zona metamórfica los materiales han sufrido idéntico grado de metamorfismo, las líneas que separan las distintas zonas en la cartografía se llaman "isogradas", y se identifican con el mineral índice que hace su aparición en ellas: isograda de la biotita, del granate... También se suele asumir que la aparición del mineral índice es debida normalmente a una reacción química, que produce dicho mineral a partir de otros. En este caso, la isograda se llama "isograda de reacción" (Winkler). Pero otras veces la aparición del mineral no se debe a la ocurrencia de dicha reacción, sino a otros factores, como cambios espaciales en la composición química de la roca. Se habla, entonces, de "isogradas tentativas" (Miyashiro). Las siguientes consideraciones tratan de explicar la complejidad de las isogradas reales en la superficie del área metamórfica y las muy diferentes asociaciones minerales que pueden darse a uno y otro lado de las mismas.

En concreto, supongamos que una de estas reacciones minerales que produce un nuevo mineral índice es A + B -> C + D + H2O (el progreso del metamorfismo suele implicar deshidratación). Alguno de los minerales C ó D pueden aparecer también en el lado de menor grado metamórfico de la isograda (pero no los dos), dependiendo de la composición química de la roca; del mismo modo, algo de A o de B (pero no de los dos), puede persistir en la zona de grado mayor, si no se ha consumido completamente. Se ve, así, que la caracterización de las zonas metamórficas se debe no tanto a la aparición/desaparición de un solo mineral, sino más bien a la ocurrencia de una "asociación mineral crítica" (C + D en el ejemplo).

Por otra parte, existen reacciones metamórficas que son continuas, es decir, reacciones que ocurren dentro de cierto rango de temperatura a una presión dada y para cierta composición constante de la fase fluida; la reacción discontinua, en cambio, ocurre a temperatura constante, es decir, la temperatura no cambiará hasta que alguno de los reactivos de la reacción se haya agotado. Ejemplos: las isogradas de la estaurolita y de la sillimanita de los Highlands de Escocia conllevan reacciones discontinuas; las isogradas de la biotita y del granate implican reacciones continuas.

Si se produce una reacción continua como A + B -> C + D + H2O, la zonación del área metamórfica podrá mostrar las siguientes asociaciones minerales en metamorfismo progresivo:

1) A y B aparecen conjuntamente, en ausencia de C y de D, en el lado de baja temperatura de la isograda

2) En la isograda aparecen ya conjuntamente y por primera vez A, B, C y D. Sin embargo, en la realidad los cuatro minerales sólo se darán en condiciones químicas especialmente favorables; normalmente la configuración mineral será A + B aún sin C y D.

3) Superada la isograda, irán apareciendo cada vez en mayor proporción los minerales C y D como parte de la asociación A + B + C + D, y reduciéndose A y B.

4) En algún momento se acabará al menos uno de los minerales de baja temperatura, A o B.

Además, los cambios de composición química a lo largo de la isograda pueden ocasionar que los nuevos minerales se formen a partir de reacciones diferentes.

Ejemplos de reacciones que forman biotita (Miyashiro):

*) moscovita + dolomita + cuarzo + H2O -> BIOTITA + clorita + calcita + CO2

*) moscovita + calcita + clorita + cuarzo -> BIOTITA + epidota + H2O + CO2

*) moscovita + siderita + cuarzo + H2O -> BIOTITA + clorita + CO2

*) moscovita + ankerita + clorita + cuarzo -> BIOTITA + plagioclasa + CO2 + H2O

De este modo, la isogradas de la cartografía pueden ser en realidad un compendio o simplificación de un conjunto de verdaderas isogradas de reacción diferentes. Las implicaciones sobre las rocas de las isogradas y sus áreas cercanas son inmediatas: las isogradas de la cartografía no son límites netos e inequívocos que separan rocas con fases minerales diferentes, sino límites teóricos que permiten formalizar y comprender mejor la realidad metamórfica actual de una región de la superficie terrestre.


Referencias
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F. Bastida, Geología, una visión moderna de las Ciencias de la Tierra, vol. 1, Gijón 2005.
A. García Casco, materiales para la asignatura de Petrología Metamórfica de la Universidad de Granada (en https://www.ugr.es/~agcasco/personal/petmet/teoria/1metyprocgeol.htm ) (enlace normalizado por FMF)
A. Miyashiro, Metamorphic Petrology, Nueva York 1994.

[Josele]

Pablo, gracias por estos apuntes tan didácticos y actualizados. Se agradece un poco de teoría que explique el porqué de lo que vemos en las fotos. Ya solo faltaría una salida al campo para verlo sobre el terreno, entonces sí que se te queda grabado para siempre.

También quería comentar que me resultan extrañas estas dos primeras reacciones:

[prcantos]

[prcantos]

Uno de los tipos más violentos de metamorfismo es el metamorfismo de impacto, resultado de la colisión de meteoritos contra la corteza terrestre. En menos de un segundo se produce un aumento de presión de hasta un millón de bares más la inmediata relajación, con temperaturas de hasta 5000ºC que no sólo funden, sino que llegan a vaporizar la roca, que es rápidamente enfriada. Las consecuencias son texturas de extrema deformación y trituración, minerales de alta presión como la coesita, la stishovita e incluso el diamante, y formación de vidrio.

Pongo un ejemplo clásico del cráter Ries en Baviera. Se puede ver un buen documento sobre este cráter aquí:

https://seis.bris.ac.uk/~glesn/documents/ries_fg.pdf
(enlace normalizado por FMF)

[prcantos]

Ayer se cumplieron tres meses desde la inauguración de este hilo de rocas metamórficas de la Guía FMF de Rocas. Con este motivo he preparado una sencilla estadística sobre los materiales que se han ido aportando durante este tiempo.

Los criterios seguidos para el recuento son:

- Las distintas fotografías de un mismo ejemplar (vistas diversas, detalles...) cuentan como un solo dato.
- Los distintos ejemplares se agrupan según las etiquetas que aparecen en el primer gráfico, que son nombres comunes de importantes tipos o familias de rocas metamórficas.

Contamos con un total de 71 rocas, representativas de la mayoría de los tipos. Aún hay algunas no representadas, como el skarn, los esquistos azules o las granulitas. Es evidente también el iberocentrismo/eurocentrismo de la guía, que concuerda con la primera idea de este proyecto (una guía con rocas españolas), aunque poco después se vio que no hay inconveniente en poner rocas de otros lugares.

Un pequeño balance que sólo pretende animar a todos los foreros de FMF a seguir con esta tarea. Saludos.

[Jordi Fabre]

[Frederic Varela]

Fantástico "state of the art" , Pablo.:)
Gracias por el trabajo que te has tomado.
Saludos.

[Frederic Varela]

[Jesús López]

[Jesús López]

Hoy le toca el turno a otra de las rocas de la Unidad Catazonal Superior del complejo de Cabo Ortegal. En este caso son eclogitas. Las muestran han sido recogidas en los afloramientos de la banda continua de eclogitas situados más al norte, entre la localidad de Cariño y, principalmente, la Punta dos Aguillóns donde se encuentra el faro de Cabo Ortegal.
Las eclogitas de esta unidad fueron clasificadas es tres tipos: (1) eclogitas comunes o de composición N-MORB ((Normal-Mid-Ocean Ridge Basalt ); (2) eclogitas con distena o enriquecidas en Al-Mg y (3) eclogitas ferrotitaníferas (Mendía, 2000).
Las muestras obtenidas se corresponden con eclogitas comunes, que son las más frecuentes, aunque hay muestras con distinto grado de deformación o retrogradación. Las eclogitas, por definición, están formadas, generalmente en más del 70%, de piroxeno onfacítico y granate, sin plagioclasa primaria (se forman en ambientes donde no es estable la plagioclasa). Suelen ser bastante resistentes a la meteorización por lo que suelen dar relieves topográficos positivos sobre el terreno.
A nivel macroscópico, algunas muestras recogidas presentan un bandeado composicional o de tamaño de grano y pueden presentar también un bandeado producido por bandas de cizalla, mientras que otras son bastante uniformes. Están constituidas principalmente por cristales de color rosado de granate de entre 0,5 y 3 mm. de media en una matriz formada, principalmente, por clinopiroxeno verde claro con un tamaño medio de entre 1 y 2 mm. de composición onfacítica (solución sólida de 25-75% de jadeíta, 25-75% de augita y 0-25% de egirina). El piroxeno suele estar alargado y orientado definiendo la foliación y la lineación. Otros minerales que se pueden observar son: cuarzo, zoisita de color blanquecino, rutilo muy pequeño y de color rojo, anfíbol verde oscuro en la matriz o formando coronas alrededor del granate. Si la eclogita esta deformada o retrogradada (cambio en las condiciones metamórficas hacia un estado de menor grado metamórfico,) se desarrollan coronas de anfíboles verde oscuro rodeando los granates y si hay zonas de cizalla pequeñas se forman bandas de matriz verde muy oscuras y grano fino formadas también por anfíbol apreciables macroscópicamente.

Referencias:
- Mendía Aranguren, M. S. (2000). Petrología de la unidad eclogítica del complejo de Cabo Ortegal (NW de España). (Tesis doctoral) Serie Nova Terra Nº 16. A Coruña: Laboratorio Xeolóxico de Laxe. Area de Xeoloxía e Minería do Seminario do Estudos Galegos. 438 pp.
- Ábalos, B.; Grassi K. G.; Fountain D. M. y Gil Ibarguchi, J. I. (2004). Geología estructural, petrofábrica y petrofísica de las eclogitas de Cabo Ortegal (NO de España). Serie Nova Terra Nº 24. Santiago de Compostela: Ediciones Tórculo. 86 pp.

Saludos

[Rafael varela olveira]

Hola, os dejo aquí esta losa de cuarcita cortada para pavimentación, su procedencia es de Puebla de Brollón, Lugo; la litología para esta zona está constituida exclusivamente por pizarras y cuarcitas que se formaron durante el Paleozoico inferior.

[Rafael varela olveira]

Hola nuevamente, en esta ocasión vengo con dos anfibolitas del mismo yacimiento, más concretamente de la mina de Bama, Touro, A Coruña. Se dice que son de las rocas más antiguas que hay por Galicia. La primera se trata de una anfibolita con ciertos sulfuros, como es el caso de la Calcopirita y la Pirrotina; la segunda, aparte de sulfuros tiene un alto contenido en Granate, y cuarzo masivo, destacando piezas de granate de 4,5 cm.
Saludos.

[prcantos]

Una de las características de las Cordilleras Béticas es su estructura en mantos de corrimiento, frente a otras cordilleras de la Orogenia Alpina en las que predominan las estructuras plegadas Esto se traduce en una importante deformación frágil de los materiales, que localmente es preponderante sobre la deformación dúctil. Se forman, así, los distintos tipos de rocas de falla. En el caso de las Béticas se trata principalmente de rocas sedimentarias o metasedimentarias situadas en las superficies de fractura y sus inmediaciones, zonas en las que los esfuerzos de cizalla son máximos y producen una intensa trituración de la roca, así como fenómenos de fricción y deformación dúctil.

[germanvet]

Hola prcantos

Si hubiera visto estas muestras en una salida de campo y sin referencias bibliográficas (sobre el tipo de rocas), yo hubiera pensado en rocas metamórficas que han sufrido una degradación por alteración química ( por elementos meteorológicos, etc) que habían producido la fragilidad del esquisto... (equivalente a la caolinización del granito)
No hubiera pensado que todo es debido a alteración física por tratarse de una zona de falla.

Sin análisis químicos y pruebas complejas...
pregunta-1 ¿se podría intuir o adivinar en esa hipotética salida de campo que es debido a una zona de falla, sin un mapa geológico?
pregunta-2 ¿como se sabe si la alteración es sólo física y no química? ( insisto sin análisis...)


Gracias

[prcantos]

[Rafael varela olveira]

Hola, para esta ocasión pongo una serpentinita recogida en la cantera de Amosa, Camanzo, Vila de Cruces, Pontevedra.
Un saludo.

[germanvet]

Lo siento, Pablo se me había pasado darte las gracias por tu "curradas" explicaciones.

Germán