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Metamorfismo y Rocas Metamórficas Los minerales que forman las rocas son estables bajo unas determinadas condiciones de presión y temperatura, cuando se producen cambios en estas condiciones P/T comienzan a desarrollarse un conjunto de transformaciones muy lentas que conducen a recristalizaciones, transformaciones polimórficas, formación de nuevos minerales, etc., este proceso finaliza cuando se alcanzan condiciones equilibrio para los nuevos valores P/T. El proceso de adaptación mineral a condiciones de mayor P/T se denomina Metamorfismo Progrado. Durante el metamorfismo además de las transformaciones minerales descritas, también tienen lugar una serie de modificaciones texturales en la roca (p.ej.la formación de foliaciones). Por lo tanto, las rocas metamórficas se originan a partir de otras previas, que pueden ser de cualquier tipo (ígneo, sedimentario y metamórfico), mediante cambios en el entorno físico – químico. Los minerales que forman las rocas metamórficas son los habituales de las rocas ígneas y sedimentarias, más una serie de minerales que solo se suelen formar durante los procesos metamórficos, como son; la Estaurolita, la Andalucita, la Sillimanita, la Distena, etc., estos minerales se denominan minerales índices. Los cambios físicos – químicos que originan este tipo de rocas se producen siempre a altas presiones y temperaturas (entre 100 y 700ºC), y a profundidades considerables en el interior de la tierra (entre 3 y 60 Km., estos es, entre los procesos diageneticos y los magmáticos), pero sin alcanzar nunca la fusión. Es decir, las transformaciones metamórficas se producen siempre con las rocas en estado sólido, aunque pequeñas cantidades de fluidos hidrotermales presentes entre los granos de la roca juegan un papel fundamental es estos procesos. El metamorfismos es por definición un proceso altamente isoquímico, aunque en algunos tipos de metamorfismo puede existir un aporte importante de materia desde el exterior del sistema (procesos metasomáticos e hidrotermales). Las rocas metamórficas se suelen localizar en la corteza continental formando parte (a) el basamento sobre el que se apoyan las rocas sedimentarias más modernas, (b) el núcleo o la parte más antigua de los continentes (escudos), y (c) en el centro de las cadenas montañosas recientes o antiguas, en zonas fuertemente tectonizadas, lo que indica la existencia de una cierta relación entre tectónica y metamorfismo. Características y Factores Los factores que controlan el desarrollo de los procesos metamórficos son los siguientes: Temperatura. Todas las rocas metamórficas necesitan en mayor o menor medida para su formación la acción del calor. En general, la temperatura aumenta con la profundidad de forma gradual, mas o menos rápidamente según la zona de la Tierra en la que nos encontremos (el gradiente oscila entre 6ºC/Km y 100ºC/Km). Por lo tanto, las transformaciones metamórficas se iniciaran cuando se supere un cierto umbral de temperatura. En las zonas de la tierra donde existan anomalías térmicas, las reacciones metamórficas comenzara a producirse antes (p.ej. en la proximidad de puntos o zonas calientes – áreas volcánicas) El calor activa las reacciones metamórficas, que se llevan siempre a cabo en estado sólido, aunque con la presencia de una pequeña e importante fase fluida, móvil, que puede entrar o salir del sistema. Las reacciones metamórficas serán de dos tipos: sólido ⇔ sólido o sólido ⇔ sólido + vapor. Donde el sólido es una o varias fases minerales y el vapor es generalmente H2O o CO2. Las reacciones metamórficas están conducidas por el cambio en la energía libre química de un sistema. Las reacciones tienen lugar hasta que se alcanza el equilibrio entre las fases del sistema en unas condiciones determinadas de presión y temperatura, con la formación de la asociación mineral típica de esas condiciones. La velocidad de la reacción esta controlada por la

El crecimiento de las nuevas fases minerales estables se origina sobre unos pequeños núcleos, alrededor de los cuales se producen el crecimiento de cristal. Estos núcleos se sitúan en los lugares donde la energía local es mas alta (p.ej. en los bordes de cristales). El material se mueve habitualmente hacia estos núcleos a través del medio fluido existente entre los granos y/o por medio de procesos de difusión. Durante las

composición química de la roca, el tamaño de grano, la presencia y composición de fluidos, la temperatura y la presión.

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transformaciones metamórficas también se producen recristalizaciones, en la cuales no hay nucleación, sino solo cambios estructurales y crecimientos de granos ya existentes. Este tipo de transformación se origina a altas T. El análisis de las reacciones entre minerales permite realizar varias precisiones. Son procesos prolongados cuando durante el metamorfismo los minerales sufren un aumento de P y T con respecto a sus condiciones de formación iniciales. Y retrógrados, cuando durante el metamorfismo los minerales sufren una disminución de P y T con respecto a las condiciones de formación iniciales. Las reacciones de deshidratación y/o decarbonacion (sólido ⇔ sólido + vapor) son típicas del metamorfismo progrado, mientras que las reacciones de hidratación (sólido + H2O ⇔ sólido) son típicas del metamorfismo retrógrado. Siendo la velocidad de reacción en las segundas muchas mas lenta que en las primeras. Por otro lado, las transformaciones entre sólidos, pueden envolver a varias a fases; sólido ⇔ sólido + sólido (p.ej. Albita ⇔ Jadeita + cuarzo, reacción donde solo hay cambios composicionales) o a una fase; sólido ⇔ sólido (p.ej.Distena ⇔ Sillimanita, reacción donde no hay cambios composicionales, sino estructurales). El cálculo experimental de las reacciones metamórficas, nos permite hacer determinaciones sobre el entorno de presiones, temperaturas y condiciones químicas, bajo las cuales tienen lugar las transformaciones metamórficas, para luego extrapolar los resultados obtenidos a los problemas observados en la naturaleza y de esta manera poder realizar determinaciones sobre la presión y temperatura a que fueron sometidas las rocas. Presión. Este factor es otro de los principales parámetros que controlan los procesos metamórficos. Sobre una roca pueden actuar varios tipos de presiones (1) Presión Litostatica (P1), que resulta del peso de la columna de roca existente sobre el punto considerado. (2) Presión de fluidos (P1) que es aquella a la que se encuentran sometidos los fluidos existentes en los poros de una roca cuando esto no están conectados con el exterior (atmósfera). Esta presión puede ser mayor, menor o igual a la presión litostánica o puede no existir. La presión total es la suma de las dos anteriores (Pt = P1 + Pf). Además de estos tipos de presiones, hay que considerar también el estado de esfuerzos tectónicos en la roca, que es la diferencia entre el esfuerzo tectonico máximo y mínimo a que esta sometida la roca en ese punto. Uno de los principales efectos de la presión durante los procesos metamórficos es condicionar la dirección de crecimiento de los cristales. La dirección de crecimiento coincide con la dirección de mínima presión. Por este motivo, la mayoría de las rocas metamórficas tienen texturas que muestran orientación de sus minerales y bandeados composicionales. Existen dos tipos de relaciones texturales básicas: (a) Cristales desordenados (o fábricas no direccionales) que se suelen originar debido a la inexistencia de presiones dirigidas durante el proceso metamórficos de importantes. (2) Cristales ordenados (o fabricas direccionales) según planos (foliaciones), que se originan como resultado del crecimiento mineral bajo presiones dirigidas. Estas texturas reciben diversos nombres en fusión del tamaño de grano (ver tema 10): grano fino < 0.1 mm (pixarrosidad), grano medio >0.1 y >1 mm (esquistosidad) y grano grueso > 1 mm (foliacion). La actividad química de los fluidos. Aunque la mayor parte de las rocas permanecen en estado sólido durante el metamorfismo, el aumento de la temperatura y de la presión origina por un lado la formación de fluidos y por otro la rotura y liberación de átomos e iones de las redes cristalinas. Estos átomos emigran y se mueven a través de los fluidos existentes en los poros de la roca, produciéndose de esta manera un constante intercambio de átomos e iones entre los diferentes minerales. Por tanto, esta pequeña cantidad de fluidos se convierte en un importante medio para transportar material de un punto a otro dentro de la roca. En ciertas ocasiones, pueden entrar en la roca durante el proceso metamórficos fluidos externos, en este caso especial el metamorfismo no es isoquímico y los procesos de transformación que se producen en la roca se denominan procesos metasomáticos Tipos de metamorfismo El grado metamórfico es un termino usado para dar una medida relativa de la intensidad que alcanzaron los procesos metamórficos (i.e. la temperatura) en un área determinada (grado bajo 200 – 450ºC, medio 450 – 650º C y alto 650 – fusión). Una secuencia metamórfica progresiva, en una región cualquiera, puede ser subdivida en el campo en zonas metamórficas o zonas de diferente grado metamórfico. Cada

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zona metamórfica se caracteriza por la aparición de un mineral índice distintivo. Las líneas que sobre el terreno separan las distintas zonas metamórficas reciben el nombre de isogradas. Estas líneas se trazan cuando aparece o desaparece un determinado mineral índice (hay que recordar que la formación de un mineral índice, está en gran parte controlada por litología premetamórfica) . Las facies metamórficas. Son conjuntos de rocas metamorfizadas bajo unas mismas condiciones de presión y temperatura y que dan lugar a una paragénesis mineral característica. Las facies metamórficas mas importante son:f,ceolita, f , corneanas (Sillimanita, andalucita, cordierita, biotita),f, esquistos verdes (clorita, biotita), f, esquistos azules (glaucofana),f, eclogistas (piroxeno, granate),f,granulitos (piroxeno, plagioclasa, Sillimanita) y f. de las anfibolas. Debido a que los factores que controlan el metamorfismo varían continuamente el metamorfismo es un proceso continuo para su estudio los procesos metamórficos se han dividido en varios tipos, aunque en muchos casos no quedan bien precisados los limites entre ellos. Los tipos normalmente considerados son los siguientes: (1) Metamorfismo de impacto o de choque. Se produce cuando los minerales de la superficie terrestre son sometidos al impacto de los meteoritos. La T en la zona de impacto puede ser tan elevada que las rocas llegan a fundirse. Los valores de P son también muy elevados, formándose habitualmente los polimorfos de alta presión de los minerales preexistentes (p ej. el cuarzo se transforma a coesita y estisovita). En la Tierra este tipo de rocas metamórficas es hoy en día raro pero en el pasado, o en la superficie de otros planetas como la Luna, los productos del metamorfismo de impacto están muy extendidos. (2) Metamorfismo de enterramiento. Este tipo de metamorfismo se originan en rocas que soportan un elevado peso debido a la columna de rocas que tienen encima, este es el caso de las rocas que se encuentran en la base de las grandes cuencas de sedimentación. Se caracteriza por tanto, por los altos valores que alcanza la presión Litostatica, se produce cuando se alcanzan condiciones que corresponden a espesores de rocas entre 10 y 12 Km (aprox. 3 Kb). No obstante, la profundidad a la que comienzan los procesos metamórficos serán variable dependiendo también del gradiente geotérmico existente en la cuenca de sedimentación. Las zonas metamórficas así desarrolladas presentan una gran anchura y se caracteriza por la presencia de minerales de alta P, como las ceolitas . También se desarrolla en ellas una esquistosidad subhorizontal. El metamorfismo profundo que se desarrolla en la corteza inferior e incluso en las capas mas superficiales del manto (siendo las rocas generadas granulitos y eclogistas) ha sido considerado por algunos autores dentro de este grupo. (3) Metamorfismo de contacto o térmico.Este tipo de metamorfismo es de ocurrencia local y se origina en la proximidad a una masa magmática en proceso de ascenso cortical (fluente de calor), que origina un calentamiento importante de las rocas situadas en su entorno. El resultado es una zonación metamórfica concéntrica, alrededor del cuerpo magmático, que se denomina aureola metamórfica y se caracteriza por la presencia de diferentes minerales índice, formados a menor T conforme nos alejamos de la intrusión. El tamaño de las aureolas guarda una relación directa con el tamaño de la intrusión, el tiempo que ésta actúa y el contraste de temperaturas entre la roca caja y la intrusión. Este tipo de metamórfico se caracteriza por tanto, por la alta T, baja P, baja la deformación y P de fluidos variable. (4) Metamorfismo de fondo oceánico. Para algunos autores es el tipo mas importante de metamorfismo, pues es el que ocupa mayores extensiones; la totalidad de las cuencas marina. Este metamorfismo, consiste en la recristalizacion de las rocas de las capas superiores de la corteza oceánica debido a los fluidos hidrotermales calientes que circulan a través de ellas en las zonas de dorsal y al calor generado por la ascensión de gran cantidad de magma en estas áreas. La temperatura en estas zonas es elevada, y la circulación del agua que facilita la transmisión convectiva del calor y el desarrollo de los minerales hidratados característicos. Contrastan lo limitado del área donde se produce este proceso (las Dorsales) y las grandes extensiones en las que se reconoce. Las rocas que se forman pueden presentar facies de las bajas P/T (ceolitas), intermedias P/T (esquistos verdes) y altas P/T (anfibolas). (5) Metamorfismo dinámico. Son procesos metamórficos de distribución local y regional, que se desarrollan en la proximidad de fracturas o zonas de cizalla. Se caracteriza por los valores intermedios de la T, altas P (debido a las grandes deformaciones que sufren las rocas) y los altos valores de la deformación y de la P de fluidos.

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Cuando el proceso tiene lugar a bajas P y T y a la deformación se produce a altas velocidades, se originan brechas (rocas producidas por fricción), o incluso fundidos (pseudotaquilitas) originados por el calor producido por el rozamiento entre los fragmentos de rocas en condiciones secas (estas rocas no serían metamórficas en sentido estricto. Por el contrario, cuando el proceso tiene lugar a altas P y T y la deformación se produce a bajas velocidades, las rocas se deforman dúctilmente originándose recristalizacion (milonitas) La presión de fluidos tiene un papel predominante en la formación de este tipo de rocas, pues contribuye al comportamiento dúctil de ciertos minerales. Al formarse una milonita se originan también estructuras planares como las foliaciones miloniticas. Este metamorfismo es generalmente de grado bajo, aunque también es posible la recristalizacion en el grado medio y alto. (6) Metamorfismo regional o dínamotérmico. Este tipo metamórfico se caracteriza por ocupar grandes extensiones y por la intervención conjunta de altos valores de P y T valores variables de Pf. El metamorfismo regional se asocia con zonas orogénicas (sintectónico), es decir, es contemporáneo con la actividad deformativa que tienen lugar en las áreas orogénicas, formándose por tanto, en todas las cadenas de montañas. Los parámetros entre los que se mueve oscilan entre los 200ºC a 700ºC y los 2 kb a 10 kb. Por tanto y dada la amplitud de este campo, se podrían seguir infinitas trayectorias PT, siendo también los posibles subtipos de metamorfismo teóricamente infinitos. El metamorfismo regional puede afectar a muy diversos tipos de rocas como cuarcitas o calizas, en las cuales se observan transformaciones similares a las del metamorfismo térmico. En este caso de pelitas y de rocas magmáticas se observan transformaciones mas complejas, las cuales permiten definir zonaciones progresivas en las regiones afectadas por este tipo de metamorfismo. Este metamorfismo puede ser polifásico, o simplemente evolucionar en el tiempo de forma que se superpongan diversas etapas con distintas características en una misma región, hay que ocurrir, en este caso, a criterios texturales para separar las paragénesis que corresponden a cada una de las etapas. Asociado a este tipo de metamorfismo se desarrollan generalmente estructuras planares (p.ej. la esquistosidad. Según la trayectoria P/T que siga en la región se pueden separar varios subtipos, los cuales se reconocen en muchos orogénicos, especialmente en el cinturón circunpacifico actual esto son: (a) Metamorfismo de alta P y baja T. Se forman minerales de alta P, como jadeita, glaucofana, o lawsonita; su facies se ha denominado habitualmente de los esquistos azules. Las rocas que sufren los procesos metamórficos suelen ser rocas básicas y utrabasicas (eclogitas). (b) Metamorfismo de alta T y P baja o intermedia. Se desarrollan zonaciones progresivas, complejas, pero normalmente en la facies de los esquistos verdes y anfibolitas. Suelen llevar asociados granitos y rocas andesítico-rioliticas. (c) Metamorfismo de alta P y alta T. Se desarrolla en la base de la corteza continental asociado a l interior. Las rocas suelen encontrarse en las facies de las granulitas. (7) Metasomatismo, o metamorfismo hidrotermal. Es un metamorfismo aloquímico, generalmente, desde un cuerpo ígneo los magmas aportan fluidos que pueden interactuar con las rocas que los rodean ( especialmente con las calizas), produciéndose distintas transformaciones minerales. Si la roca caja es una caliza se suele formar un skarns aureola de silicatos cálcicos entre plutón y caliza. Los skarns son importantes debido a que con frecuencia contienen mineralizaciones. El metasomatismo puede considerarse como un tipo de metamorfismo de contacto situado en el limite de los procesos metamórficos al no ser isoquímico.