Petrología Metamórfica

Memoria del curso

UABCS. Geología 5to semestre. Gabriel Camacho Olachea

Introducción

El conocimiento científico es, simplemente, una mezcla de conceptos, historia y filosofía que le permite a uno entender los temas críticos científicos de nuestro tiempo.El conocimiento científico está enraizado en los principios científicos generales y en los conocimientos básicos sobre la ciencia. El ciudadano con conocimiento científico posee suficientes datos y vocabulario como para poder comprender el contexto de las noticias o de los sucesos diarios.

La petrología es la ciencia dedicada al estudio de las rocas, que son el material sólido que compone la capa externa de la Tierra. Estudia las propiedades físicas, químicas, espaciales, mineralógicas y cronológicas de las rocas y de los procesos que las forman. Es considerada una de las principales ramas de la geología y, a su vez, se divide en dos ramas: la petrología exógena, que estudia las rocas surgidas cerca de la superficie terrestre y, la petrología endógena, que estudia las rocas originadas en las capas profundas de la Tierra.La petrología divide las rocas en tres grandes grupos: las rocas ígneas, las rocas metamórficas y las rocas sedimentarias, cada grupo dividido, a su vez, e varias familias. La petrología endógena se ocupa del estudio de los dos primeros grupos, mientras que el tercero es parte del campo de la petrología exógena.

AntecedentesEl geólogo James Hutton fue el primero que trató sobre el concepto del metamorfismo en su libro «Theory of the Earth», en 1795. Él concebía, como defensor del uniformismo, que la parte superficial de la Tierra era como una gran «máquina recicladora», donde las rocas ni se creaban ni se destruían, sino que un tipo de roca se acababa transformando en otro, y así sucesivamente. A esta corriente de pensamiento se oponían los defensores del neptunismo, como Georges Louis Leclerc, que consideraban que cada tipo de roca se había formado durante una «época», estando la historia de la Tierra dividida en varias «épocas».El primer geólogo en usar el término «roca metamórfica» para referirse a aquellas rocas afectadas por un magma fue Charles Lyell en el tercer volumen de su obra «Principles of geology», publicado en 1833. A finales del siglo XIX, George Barrow se dio cuenta de que ciertos minerales eran bastante abundantes en ciertos tipos de rocas metamórficas. Eso le permitió definir el grado de metamorfismo, que permitía conocer la magnitud de las condiciones de presión y temperatura que sufrían las rocas en función de los cambios en su mineralogía. En 1920, Pentti EliasEskola desarrolló el concepto de facies metamórficas, al observar que para ciertos intervalos de temperatura y presión las asociaciones de minerales eran iguales, y que al variar aquellas, estas también variaban. Propuso cinco facies metamórficas para definir cinco condiciones de presión y temperatura, y en 1939 añadió tres más.

JustificaciónEn la presente recopilación de ideas del curso de petrologíametamórfica se atiene la integración de datos a lo largo del quintosemestre de la carrera de geología para acreditar la asignatura del añode 2013, aunado a la acreditación se sitúa de forma indirecta retomarapuntes del curso, consulta de bibliografía de libros de texto, páginasde internet para reafirmar y sentar conocimientos de la petrologíametamórfica así también aclarar dudas y resolver posteriores dudasprevio y posterior a la elaboración de está memoria del curso depetrología metamórfica.

PETROLOGÍA METAMÓRFICA

Introducción, definición, conceptos, rocas metamórficas como sistema.

Unidad 1

Roca Metamórfica

Abierto

Móvil

T isótropas, T anisótropas

Facies minerales: Zeolitas, prehenita-pumpellyta, esquistos azules, esquistos

verdes, Hornfels Ab-Ep, H Prx, anfibolitas, glaucolitas, eclogitas.

Ultramafico, mafico, pelítico, carbonatos, silicio, cuarzo-feldespatico

Minerales, texturas,

Química, estructura, geoquímica

Margenesconvergentes, divergentes, intrusiones plutonicas, zonas de fallas, superficies

(crateres)

Cadenas de rocas metamórficas, muestra de

mano, lamina delgada

Permeable

T, P, Profundidad; composición, elementos traza,

Enfoque de SistemaTipo

Abierto

FronterasMoviles, permeables

Componentes:Minerales, texturas, química, estructuras, geoquímica

EntornoAmbiente geológico, laboratorio

Nivel de ResoluciónMacro, micro, meso

EstadoPermeable

PropiedadesFísicas, químicas

PETROLOGÍA Y METAMÓRFISMO

• Conceptos, condiciones, factores y tipos de metamorfismo

CAPITULO 2

Conceptos y factores del metamórfismo

TemperaturaDefinida como la medida de la energía térmica.

Una de los agentes más importantes que propician el metamórfismo de las rocas.

Promueve la recristalización, incremento del tamaño de grano.

Reacciones endotermicas

PresiónEn el interior de la tierra mide la fuerza por unidad de superficie a la que una roca ésta sometida, dependiente del peso por el tipo de material soportado y la profundidad. Medida en Pascales (Pa).

Factores del metamórfismoComo factores principales del metamórfismo las mas importantes incluye:– Temperatura

– Presión (presión litostática, dirigida y de fluidos)

– Composición

– Fase fluida

Presión litostática: presión total ejercida sobre un punto en el interior de

la corteza terrestre por el peso del material suprayacente, y es producto de ladensidad media ( )ρ de las rocas situadas por encima, la profundidad (km) y laaceleración de la gravedad (g).

Esfuerzo desviatorio: es aquel esfuerzo que actúa en diferentes

direcciones.

Presión de fluidos: es la presión ejercida por fluidos dentro de los poros,

límites de grano y fracturas de la roca. De faces de hydruros o carbonatos; volatiles,presencia de líquidos críticos.

Estimación del rango geotérmico de la corteza oceánica-continental de diversos autores (Winter, 2000).

Campo del gradiente metamórfico, relación de T-P (Winter, 2000)

MetamórfismoEl metamórfismo es un proceso subsólido dando lugar a cambios en lamineralogía y/o textura y otra en la composición química de la roca. Loscambios que se deben a cambios en las condiciones físicas y/o químicas.El proceso puede coexistir con la fusión parcial (Winter, 2000).

Tipo de metamórfismo 1.-Relación entre la composición química (inicial, protolito) y el resultadodel metamorfismo (roca metamórfica):

Isóquimico

Alóquimico

2.- Según el factor dominante:M. Térmico

M. Dinámico

M. Dinamotérmico

3.- Según el proceso dominante:M. Regional

M. de Contacto

M. Hidrotermal

M. Cataclástico

M. de impacto, meteórico o de choque

Tipos de metamórfismo

1.-Relación entre la composición química y el resultado del metamórfismo

IsóquimicoSi la composición química total se

mantiene constante.

AloquímicoSi la composición química totalcambia significativamente, perdida o ganancia (cambio) deelementos.

2.-Según el factor dominante

M. Térmico

Factor dominante temperatura.

M. DinámicoFactor dominante presión oesfuerzo desviatorio.

M. DinamotérmicoLos factores dominantes son lapresión y la temperatura.

3.-según el proceso dominante

M. Regional.- efecta a lo largo una cadena de rocas asociados a cinturones oregenicos.

M. de orogenico.- asociado con margenes de placas convergentes.

Cinturones orogenicos. M. Dinamotérmico. Presencia de rocas foliadas por esfuerzo desviatorio. Seguido de un metamórfismo de contacto en la formación de intrusiones.

M. de enterramiento.- deformación moderada, temperatura

baja, efectos de metamórfismo de incremento en la T y P por enterramiento. Diagénesis en la formación de las faces Zeolitas, prehenita-pumpellyta, laumonita.

M. de fondo oceánico.- ocurre en los centros de las dorsales. Alteración metasomática. Asociado con actividad hidrotermal.

Metamórfismo de contactoSe asocia con aureolas de intrusiones ígneas (plutones, batolitos) y estacontrolado por la forma y tamaño de la aureola. Naturaleza delplutón, naturaleza de la roca encajonante.

Plutones puede elevarse y transmitir calor a la corteza superficial, por lo que puede ocurrir en un amplio intervalo de presiones

Metamórfismo HidrotermalSueles estar presente en actividad ígnea. Tipo de M. aloquímico, fracción dominante de fluidos.

Rica en H2O caliente.

Usualmente envuelta en metasomatismo. Tiene un elevado gradientegeotérmico y fluidos ricos en elementos importantes.

Metamórfismo CataclásticoPor fracturamiento de fallas frágiles de la corteza y más profunda de cizalladúctil de la corteza terrestre. Las altas tasas de deformación y la tensión con lamenor recristalización

(a) Zona de falla superficial con brecha de falla

(b) Zona de falla más profunda (expuesta por erosión) con fluido dúctil y milonita.

(Winter, 2000).

Relación con el resto de los temas

Petrología y Metamórfismo

Claasificación de la rocas metamórficas daran paso a

conocer la texturas logrando clasificar la roca en

textura, mineralogía, estructura o páragenesis, la relación

geometrica dara los eventos y condiciones que fue objeto la

roca para poder hacer una descripción acertada o

aproximada.

Característica de las rocas metamórficas: contribuye a la petrología conocer la fabrica y estructura, mineralogía para el estudio a micro, macro y meso

escala conociendo la génesis de la roca ubicándolo en un estadio

del tipo de metamórfismo

Ubicando la roca en una roca origen y el ambiente de

formación dara los factores implicados para dar origen al tipo(os) de metamórfismo en

que resulto.

CARACTERÍSTICAS DE LAS ROCAS METAMÓRFICAS

Ocurrencia y distribución, estructura y fabrica, composición

mineralógicas, y textura metamórficas.

Unidad 3

Metamórfismo progradanteAumento del grado metamórfico al transcurso del tiempo, comouna roca se somete a condiciones gradualmente más intensas.Cambios en una roca que acompaña el aumento del gradometamórfico.Reacciones progradantes son endotérmicas y influenciadas por aumento de T.

Una roca de alto grado metamórfico avanzo a través de una seccuencia deasociaciones minerales.

Retrogrado .- grado decreciente a medida que la roca se enfría y

recupera de un evento metamórfico y/o ígneo.

Reacciones de desvolatización son más comunes que la reintroducción devolátiles.

Geotérmometros son indicativos de la composición mineral que conserva latemperaturas máxima.

Estructura y fabrica de rocas metamórfica – Estructura.- rasgos que adquiere la roca a nivel macroscópico.

Refiere a a escala regional, usando el termino «TEXTURA» para referirse a una orientación preferente.

– Fabrica.- para la descripción de estructuras lineales y foliares.

Lineación.- fabrica de elementos lineales.

Foliación.- fabrica de elementos planares.

Foliación--Clivaje.- propiedad de una roca para dividirse a lo largo de planos subparalelosregulares.

-Esquistosidad.- por una orientación preferente de los granos mineralesinequigranulares o agregados de granos. Minerales alineados de grano gruesosuficiente para ver a simple vista. La orientación es generalmente plana, peroorientaciones lineales no están excluidas.

-Estructura Gneissosa.- con un poco de desarrollo de esquistocidad o separados encapas claras y oscuras. Son generalmente de grano grueso.

Rocas derivadas de las texturas:Pizarra.- roca metamórfica de grano muy fino compacto con clivaje bien

desarrollado. Superficie bien exfoliada (a).

Filita.- roca con esquistocidad en el que los filisilicatos en capas finas (sericita,

fengita y/o clorita), raramente grano grueso suficiente para ver a simple vista, tiene un brillo sedoso en la superficie de la exfoliación, son comunes tanto con foliación y lineación (b).

a: Slate

b: Phyllite

Esquistos-. Roca que presentaesquistocidad. Tanto pizarras yfilitas la presentan. Termino enque los minerales foliados son lossuficientemente gruesos para verfácilmente en muestra de mano.

Gneis.- una roca que muestra

estructura gneissosa con capas (bandas) de minerales oscuros y minerales félsicos alternados. Gneis puede ser delineada, pero también debe mostrar segregaciones de con concentraciones ricas en minerales oscuros y félsicos.

Rocas no foliadasAplica para rocas que son producto del metamórfismo de alta tensión

Granofels.- caracterizada por la falta de orientación preferencial de

los granos. Puede contener foliación y no. A veces es sinónimo degranulita.

Hornfels.- tipo de granofels típicamente de grano muy fino y

compacto, producida en aureolas de contacto, y tienden a dividirse encuando se rompen.

Tipo de rocas metamórficas especificasMármol.- roca compuesta predominantemente de calcita o dolomía.

Protolito es caliza o dolomía.

Cuarzita.- roca compuesta principalmente de cuarzo. Protolito arenisca, ó

pelítico.

Esquisto verde.- roca de grado bajo, contiene clorita, actinolita, epidota y

albita, los que los tres primeros dan el color verde a la roca. Protolito roca ígneamáfica o grauvaca.

Anfibolita.- roca dominada por hornblenda+plagioclasa. Anfibolita puede ser

foliada o no foliada. Protolito roca ígnea mafica o grauvaca.

Serpentinita.- roca de bajo grado, contiene principalmente serpentinita.

Esquisto azul.- roca con amfibol azul metamórfico procedente de rocas

ígneas máficas o grauvacas máficas.

Eclogita.- roca de color verde y rojo que contiene clinopiroxeno y granate

(omfacita+piropo). Protolito basáltico.

Skarn.- roca de metamórfismo de contactoque contiene minerales

calcosilicatos como grasularia, epidota, tremolita, vesubianita.

Granulita.- roca pelitica, máficas o cuarzo-feldespatica de alto grado que se

compone de minerales de libres de OH. Moscovita está ausente, plagioclasa y ortopiroxeno son comunes.

Migmatita.- roca silicatada composición heterogénea, normalmente tiene una matriz oscura gnéisica (melanosomas) y porciones félsicas ligeras (leucosomas).

Rocas de alta deformación (tectonitas)Asociadas a zonas de fallas. Se divide en rocas cohesivas y nocohesivas. Una roca no cohesiva se atribuyen a niveles corticalessuperficiales, se ve alterado por agua subterránea o una matrizrica en arcilla. Rocas cohesivas se distinguen por ser foliadas o nofoliadas pero más fina que la variedad no cohesiva.

Clasificación de las rocas de alto deformación, tomado de Winter (2000).

Clasificación de rocas de alta deformación (tectonitas), tomado de PDF «metamórfismo_todo (2006)».

Esquema de una sección transversal en una zona de cizalla. Muestra los tipos de rocas formadas en el transepto de la profundidad hacia la superficie, de una la zona dúctil hacia la zona quebradiza respectivamente.

Esquema de rocas asociadas de alta tensión relacionadas con zonas de cizalla.

El nombre para una roca metamórfica consiste en un termino raíz y una serie de sufijos, calificativos o ambos. El nombre de la roca puede ser característico, textura de la roca o implícita la presencia de un mineral o minerales partículares.

Prefijos especiales mayormente utilizados:

Meta.- para referirse a rocas de origen ígneo o sedimentario.

Orto.- prefijo para roca de origen ígneo.

Para.-prefijo para una roca de origen sedimentario.

Texturas metamórficasPara designar características penetrativas a escala micro.Termino blasto es indicativo de que el mineral es de origen metamórfico.

Termino clasto es indicativo de mineral pre-extinte o relicto levemente rompido de los extremos.

Procesos de deformación, recuperación y recristalización.La deformación de sólidos cristalinos implica una serie de procesos, los procesos dominantes dependen de las propiedades de la roca (mineralogía, tamaño de grano y orientación, composición, movilidad de los fluisos intergranulares) y los factores exteriores (t, p, tensión desviatoria, presión de fluidos y tasa de deformación).

Flujo CataclásticoFragmentación mecánica y deslizamiento, rotación de los fracmentos.

Truturar, romper, doblar, torcer, extinción ondulante, trituración, ojos, morteros, etc.

Presión de fluidosa. Tensión mayor en la zona de contacto entre los grano y difilmente la disoloción en ausencia de fluidos. b. mayor deformación, las áreas se disuelven y material de precipitación en zonas de baja deformación adyacentes.

Evidencia de presión de fluidos entre granos de cuarzo en una deformación de cuarzolita.

Deformación intracristalina del tipo dúctilNo involucra perdida de cohesión en la roca. Varios procesos pueden estarimplicados, a menudo simultáneamente. Torsión simple y flexión en los enlacesde un cristal es elástica y rápidamente enrejado. En la deformaciónintracristalina esto sucede más fácilmente por el movimiento de defectos en lared.

RecristalizaciónEs otra manera de reducir la energía de deformación almacenada. Implica elmovimiento de los límites de los granos o el desarrollo de nuevos límites, locual produce una configuración nueva de los granos.

Típicas texturas de metamórfismo de contacto.

Halos de deflexión

Depletion halo around garnet porphyroblast.

Boehls Butte area, Idaho

Representación grafica de los halos de deflexión, figura a la izquierda.

Tectónica de placas para conocer el ambiente de

formación y las condiciones de la corteza.

Conocer las asociación mineralogía mediante la

presencia de facies y grados se reforzara las condiciones a las que estuvo sujeta la roca para

clasificar.

Teniendo las características dará paso a la clasificación y al tipo

de metamórfismo que fue objeto.

Característica de las rocas

metamórficas

Clasificación, nomenclatura y descripción tanto megascopica como microscopica, de

rocas metamórficas

Clasificación, descripción micro y macroscopica de las rocas

metamórficas

Unidad 4

Clasificación de la rocas metamórficas base en criterios:

TexturasQuímica o composiciónGrados metamórficoFacies metamórfico

Textura Criterios básicos:Gneiss. -Roca metamórfica con esquistosidad gneísica. Este término se usa para rocas que contienen feldespato (± cuarzo) abundante, pero excepcionalmente se puede usar para otras composiciones (por ejemplo, gneiss cordierítico sin feldespato). Ejemplos: gneiss con biotita y granate, gneiss granítico, ortogneiss, gneiss migmatítico, gneiss bandeado, gneiss máfico.Esquisto. Roca metamórfica con una esquistosidad bien desarrollada en muestra de mano, definidapor una orientación común de abundantes granos minerales inequidimensionales. En las rocas ricas en filosilicatos se reserva el término esquisto para las variedades de tamaño de grano medio y grueso, mientras que las variedades de grano fino se denominan filitas. Ejemplos: esquisto con actinolita, clorita y epidota1 (= esquisto verde), esquisto con biotita y granate, micaesquisto, micaesquisto calcáreo, esquisto con antigorita (= serpentinita), esquisto con talco y distena.Pizarra. Roca de grano muy fino y de metamorfismo de grado muy bajo que presenta esquistosidadpizarrosa.Filita. Roca metamórfica de grano fino de metamorfismo de grado bajo con esquistosidad perfectadebida a la disposición paralela de sus filosilicatos. Las superficies de esquistosidad suelen mostrar un brillo satinado característico.

Por deformación intensaBrecha de falla. no cohesiva, sin foliación, formada por cataclasis(fragmentación frágil y rotación de granos) que consiste en fragmentos detamaño de grano variable inmersos en una matriz más fina. El porcentaje defragmentos visibles es mayor del 30%

Harina de falla. no cohesiva, sin foliación, con menos del 30 % de fragmentosvisibles.

Pseudotaquilita. Cataclasita compuesta por fragmentos de tamaño de granofino inmersos en un matriz vítrea de color oscuro.

Milonita. Roca producida por reducción mecánica de su tamaño de grano comoresultado de una deformación dúctil, no cataclástica, en zonas de falla o decizalla, que genera una foliación penetrativa a pequeña escala y a menudo unalineación mineral asociada. Los cristales que hanresistido la reducción detamaño de grano reciben el nombre de porfidoclastos y en estas rocas están enuna proporción entre el 10 y el 90% del total; el resto es una matriz de granofino.

Facies metamórficasAnfibolita. Roca metamórfica máfica, foliada, compuesta predominantemente por anfíbol

(>40%, casi siempre de tipo hornblenda) y plagioclasa.

Corneana. Roca sin esquistosidad, de tamaño de grano fino a muy fino, compuesta por silicatos ±óxidos, que muestra rasgos de recristalización importantes por metamorfismo de contacto.

Las corneanas (hornfels) suelen retener alguna característica heredada de la roca original, comolaminación gradada o cruzada en las corneanas metasedimentarias. Ejemplos: corneana conandalucita,, corneana básica, corneana con epidota y anfíbol, corneana calcárea condiopsido, vesubianita y wollastonita.

Eclogita. Roca máfica sin feldespatos compuesta fundamentalmente por onfacita (piroxenosódico) y granate, ambos en proporciones importantes.

Esquisto azul. Roca metamórfica con esquistosidad y una tonalidad azulada debida a la presencia

de anfíbol sódico (glaucofana, riebeckita, crossita).

Esquisto verde. Rocas metamórficas con esquistosidad (esquisto verde) o sin ella, de color verdedebido a la presencia de minerales como clorita, actinolita (un anfíbol cálcico) y epidota.

Granulita. Roca metamórfica con una asociación mineral de alta temperatura dominada porminerales anhidros máficos. La moscovita está siempre ausente. Es característica la presencia de

ortopiroxeno. Texturalmente se caracteriza por poseer un mosaico granoblásticopoligonal, normalmente equidimensional aunque también hay variedades con una ciertaorientación preferente.

Mármol. Roca metamórfica compuesta fundamentalmente por calcita y/o dolomita (por ejemplo,

mármol dolomítico).

Grado metamórfico Y facies metamórficas

a. capas de composición

b. Orientación preferencial de minerales micáceos

c. Forma de granos deformados

d. Variación en el tamaño de grano

e. Orientación preferencial de minerales micáceos en una matriz sin orientación preferencial

f. Orientación preferida de los agregados minerales lenticulares

g. Orientación preferida de las fracturas

h. Combinaciones de las anterioresTipos de fabrica. Elementos Que definen una foliación.

clasificación morfológica de la foliación. Presencia de micro-listones en muestra a lamina delgada en ambas figuras.

Deformación progresiva de clivaje por Crenulación situaciones asimetricas y Simetricas (tomado de Winter, 2000)

Tipos de lineaciónaOrientación preferida de los agregados minerales alargadosb. Orientación preferencial de los minerales alargadosc. Lineación definido por minerales laminaresd. Eje de plegamiento (especialmente de crenulaciones)e. La intersección de elementos planos.

Tipos de fabrica que define una lineación.

El desarrollo de foliación por cizalla simple y cizalla pura (aplanamiento).

A partir de un plano o lineaorientadas al azar

Comenzando con cristales equidimensionalesComenzando con foliación preexistenteLas cifras sombreadas representan una esfera inicial y el elipsoide capa resultante

Diagrama que muestra que los elementos estructurales y de fabrica consisten generalmente en el estilo y la orientación en todas las escalas meso, macro y micro.

Clasificación, nomenclatura y descripción megascopica y

microscopica de rocas metamórficas

Tipo de metamórfismo sufrido dará las pautas

para esperar lo que podraobservar a escala macro y

micro

Clasificación de la roca base a la mineralogía,

textura, fabrica y estructura

Ajentes físico y químicos que intervienen en la

formación de las rocas dará las condiciones

aproximadas de formación, páragenesismineral, y reacciónespara la formación de

minerales

El ambiente de formación, tectónica de

placas dara las pautas de posibles rocas

involucradas, estructuras posibles a ver a escala

macro y micro

GRADO METAMÓRFICO Y FACIES METAMÓRFICAS

Grado metamórfico, facies metamórficas, isógrada de reacción y

paragénesis mineral

Unidad 5

UABCS. Geológia 5to Semestre. Gabriel Camacho Olachea

Grado metamórficoEl grado metamórfico refiere a la intensidad del metamórfismoque ha influido en la roca. El avance del grado metamórfico.

Refiere a la intensidad del metamórfismo con base a lascondiciones de temperatura; definido en base a las reaccionesquímicas y a las diferentes paragénesis minerales que se sucedencon la variación de los parámetros de P, T.

Dado que la clasificación de las facies metamórficas son muycomplejas y los límites de los minerales en una facies no están biendefinidos es más simple ubicarlos dentro de grados metamórficos[sentido relativo].

Los límites de los grados pueden ser correlacionados con las facies metamórficas:

Grado metamórfico Facies metamórficas

Muy bajo grado Zeolitas, Prehenita-Pumpellytay esquistos azules

Grado bajo Esquistos verdes y hornfels de Ab-Ep

Grado medio Anfibolita y hornfels de hornblenda

Alto grado Graulita, hornfels de piroxeno, y sanidinita

Diagramas comparativos de grado metamórfico vs facies metamórficas.

(1 figura a la izquierda) Diagrama de la división aproximada de grado metamórfico, asícomo la división de la presión y de fondo las posición de la diferentes faciesmetamórficas.

(2 Figura a la derecha) Diagrama temperatura-presión mostrando los límitesaceptados de las distintas facies metamórficas.

Facies metamórficas

Designan un grupo de rocas caracterizadas por undeterminado conjunto de minerales formados bajocondiciones particulares.

Las facies se basan en dos conceptos:

Descriptivo.- relación entre la X y la mineralogíaUna Facies M. es un conjunto metamórfico de asociación a un ensamblemineralógico. Si nos encontramos con un conjunto especifico (mejor aún, unconjunto de grupos compatibles que cubren una gama de composiciones) encampo, ciertas facies pueden ser asignadas a una zona.

Interpretativo.- rango de condiciones de T-P representadapor cada facies

Deduce las implicaciones de T y P relativa para cada facies, aun que no estebien definidos sus límites.

Diagrama de temperatura-presióndonde muestra en general lolímites aceptados de la variasfacies metamórficas.

No puede asignar límites de T y P precisos a cada facies individuales.Eskola consiente de las implicaciones de T-P y correctamente deduce la T y P relativa de facies que propuso.

Ensambles minerales que caracterizan las facies (para rocas máficas).

Sección esquemático de un arco de islaque ilustra un ambiente de formación ylas facies asociadas al margenconvergente.

Isograda e Isograda de reacción

Tulley, 1924., acuña el termino «isograda» para designarun grado definido de metamórfismo con la primeraaparición de un mineral índice, es una línea producto deunir puntos en un mapa de la primera parición de ciertomineral índice.

Donde a tenido lugar un cambio especifico en asociaciónmineral que refleja una reacción metamórfica.

Desde una reacción metamórfica depende de T, P, y X,una isograda representará, en general, conjunto decondiciones de P, T, X que satisfagan la reacción enequilibrio y no los puntos de igual condiciones (T, P, X).

Cada que se conoce la reacción, se debe reemplazar eltermino por isograda de reacción.

Mapas metamórficos típicamente incluye isogradas que define zonasy unas que definen facies.

Las isogradas limitaran las zonas metamórficas y definirán las regionesde iguales condiciones de T-P.

Las zonas minerales se distinguen en case a un mineral determinadoo de un grupo. Por la aparición de cierto mineral.

Zonas minerales en el este de E. U. A.

Grados, zonas y facies conceptos basicos para describir y clasificar los procesos metamórficos

El mineral índice es el nuevo mineral queaparece y caracteriza a cada zona.El principio de facies esta basado en laobservación de la paragenesis mineral de rocasmetamórficas, en en casos se ajustan a las leyesde equilibrio quimico, pero no es esencial de ladefinición de facies metamórficas

Páragenesis mineralLa ocurrencia regular, combinado en la corteza terrestre, o en unaroca, de minerales que están relacionados por las condicionescomunes de la formación. La formación de minerales enasociaciones parageneticas ocurre bajo condiciones físico-químicas y termodinámicas. Para la determinación paragéneticamineral es considerar la química e historia geológica del medioambiente, y esta estrechamente relacionado con la paragénesisde los elementos que participan en la formación de los minerales.

Facies y grado

metamófico

La descripción mineral apoyara en la

identificación de la mineralogía vinculada

por las asociaciones minerales que

caracteríza cada facies

Estrechamente ligado con la termodinamica

para conocer la páragenesis

mineral, asociaciones y ensambles del estado

de esquilibrio dado por las facies y grados

La tectónica de placas dara el tipo de metamórfismo y las rocas asociadas a él

para intuir las condiciones de T-P y el agente dominante

Metamórfismo de rocas sedimentarias, ígneas y metamórfica

Diagramas AFM, AKF, ACF

Unidad 6

Diagramas quimográficos refiere a representaciones gráficas de las

asociaciones químicas de ensambles de minerales.

Por medio de la naturaleza de la roca y el desarrollo mineral permite que haya asociaciones que los permitan clasificar.

Los diagramas de fase sirven para conocer las asociaciones minerales en una roca de composición dada con asociaciones compatibles. En estos diagramas se puede representar la composición de la roca en fracciones molares de los diferentes óxidos mayores.

Una sucesión de diagramas para diferentes P-T nos permite, conocer las reacciones de los minerales.

Los Diagramas Quimográficos de tales componentes también pueden ser representados en un triangulo equilátero donde se tenga sílice, Fe, Mg.

Un ejemplo simple es el sistema de la plagioclasa, un sistema lineal de C=2

= 100 An/(An+Ab)

Supongamos que en una roca encontramos 6 minerales de composición diferente:

Composiciones minerales 3-C se representan en un diagrama de quimograficotriangular como se muestra:

x, y, z, xz, xyz, and yz2

las rocas en nuestra área tienen los siguientes 5 ensamblajes:

x - xy - x2z

xy - xyz - x2z

xy - xyz - y

xyz - z - x2z

y - z - xyz

Punto común corresponde a 3 fases, por lo tanto f = C

El principio de la palanca funciona también para las proporciones de los mineralesDiagramas de compatibilidad explican claramente por qué las rocas, a pesar de que se equilibró con el mismo grado metamórfico, a menudo desarrollan diferentes asociaciones mineralesUn cambio en la composición global, aunque sólo sea un poco, se puede variar la composición mineralSi el movimiento de (E) a (D) una roca contendrá el x2z mineral (junto con z y xyz) y ya no el mineral y que se produjo en (E)

Diagrama anterior se refiere a un rango de PT en las que los minerales ficticios x, y, z, xy, xyz, y x2z son estables y se producen en los grupos mostradosEn diferentes grados de cambio de la diagramasOtros minerales se estabilizanLos diferentes arreglos de los mismos minerales (diferentes a las interconexiones conectan diferentes fases coexistentes)

Diagramas quimografico ACFEste diagrama composicional fue propuesto por Eskola (1915) para ilustrar de forma simplificada,

Mediante un diagrama triangular, las asociaciones minerales metamórficas. Quería prestar atención sólo a los minerales que aparecían y desaparecían durante el metamorfismo, es decir, aquellos que eran indicativos del grado metamórfico.

Este diagrama sirve únicamente para conocer la posición de los minerales sobre el diagrama, pero no tiene ninguna utilidad termodinámica. Algunos autores

reservan el nombre de quimografico para este tipo de representación

Los tres componentes A, C y F que marcan los vértices del diagrama ACF se definen de la siguiente manera:

A: [Al2O3]+[Fe2O3]−[Na2O+K2O]

C: [CaO]−3.3[P2O5]

F: [FeO]+[MgO]+[MnO]

Para calcular A, hay que combinar primero las proporciones moleculares de Al2O3 y Fe2O3 (hierro trivalente) en la fórmula del mineral y luego restar Na2O y K2O (Winter, 2000).

Diagramas quimográfico AKFComo los sedimentos pelíticos son ricos en Al2O3 y K2O y pobres en CaO, Eskola(1915) propuso un diagrama distinto que incluye explícitamente el componenteK2O para representar las asociaciones minerales de las metapelitas. En estediagrama AKF, los vértices se definen de la siguiente forma:

Este diagrama se usa para rocas que tienen exceso de sílice y alúmina que mineralógicamente cuentan con moscovita, cuarzo y plagioclasa (metapelitas).

A:[Al2O3]+[Fe2O3]−[Na2O+K2O+CaO]K: [K2O]F: [FeO]+[MgO]+[MnO]

Este diagrama se basa en el hecho de que la mayor parte de las metapelitascontienen moscovita y se construye proyectando los minerales del sistema K2O-FeO-MgO-Al2O3 desde el polo de la moscovita (Ms en la figura) sobre la cara Al2O3-FeO-MgO del tetraedro.

Dos son las sustituciones másimportantes que afectan a los mineralesde las rocas pelíticas:

(a) la sustitución Fe↔Mg(b) la sustitución 2Al↔SiMg osustitución de Tshermack.

La primera es paralela a la línea FM deldiagrama y la segunda paralela a la líneaAM.

Diagramas quimográficos CMSEste diagrama es muy utilizado en el estudio del metamorfismo de las rocas calcáreas y calcosilicatadas y, en menor medida para las rocas ultramáficas carbonatadas. Se trata de un diagrama proyectado a partir del sistema CMSH-CO2, que asume exceso de H2O y CO2

Así pueden incluir las soluciones sólidas entre Ca y Mg que se dan entre los carbonatos, pero se asume que los ferromagnesianos que se forman son los miembros extremos con Mg. ejemplo, tremolita (anfíbol), diopsido (ortopiroxeno), o forsterita (olivino).

En las ultramáficas carbonatadas, los ferromagnesianos suelen ser magnésicos, con poco hierro.

La definición de sus vértices es muy simple:C: [CaO]

M: [MgO]

S: [SiO2

Los campos grises marcan calizas y dolomías que forman metacarbonatos y rocas calcosilicatadas.

El subtriángulo izquierdo es el área de rocas calcosilicatadas El de la derecha para rocas ultramáficas carbonatadas

Diagramas quimográficos

Termodinamica dando las condicones de reacciones, y

equilibrio químico para poder asociar los componente

conociendo los agentes estables en que puede darse tales fases

Conociendo el tipo de mineralogía en que se da cierto componente

asociado con otros y la representación grafica de el grupo

de componentes

Dadas rocas tienen un protolito que da la importancia para la formación

de ensambles de componentes

Fisicoquímica y termodinámica aplicada a las rocas metamórficas

Equilibrio químico, reacciones reversibles e irreversibles, condiciones

de equilibrio, sistema cerrado y abierto, regla de las facies

Unidad 7

Equilibrio químico1.- un sistema (punto de vista químico): estudio de undeterminado volumen de roca en el cual se quiera conocer elcomportamiento de los átomos.

Compuesto de una serie de minerales, y tal vez, de un fluido intergranular.

Cada uno de estos constituyentes recibe el nombre de fase.

2.- de una fase: las faces son los constituyentes separadosfácilmente de un sistema y pueden ser sólidos, líquidos ogaseosos.

Plagioclasa y cuarzo son dos fases distintas en un esquisto, pero si laplagioclasa tiene comomposición andesitica, los miembros extremos (an yab) no son faces por que los cristales de plagioclasa no pueden serseparados por medios físicos en partículas de ab y an.

3.- de un equilibrio: si sometemos el sistema a unas condicionesespecíficas de P y T y mantenemos esas condiciones constantesdurante un tiempo suficientemente largo, los átomos del sistemase agruparán en la configuración más estable posible.

Se dice que el sistema esta en equilibrio.

Esta configuración de máxima estabilidad (y mínima energía)estará sometida por un número determinado de fasessólidas, líquidas y/o gaseosas, cuya composición y estructuraespecíficas dependen de los átomos presentes y de lascondiciones a las que se haya sometido el sistema.

Estados de estabilidad

El estado en equilibrio se da cuando los átomosestán en perpetuo movimiento y se puedenintercambiar entre unas y otras fases. Pero, enpromedio, no hay cambio en el sistema y elnúmero y la cantidad de fases es constante a lolargo del tiempo.Como consecuencia de ello algunas fasespueden crecer a expensas de otras, o puedenaparecer fases completamente nuevas.

Tales cambios en las rocas reciben el nombre dereaaciones metamórficas y dan lugar a la formaciónde uan nueva asociación de fases, en equilibrio conlas nuevas condiciones.

Regla de las facesLa regla de las fases se expresa mediante la ecuación:

F = C − P + 2

P: es el número de fases en el sistemaC: el número de componentesF: el número de grados de libertad del sistema.

Goldschmidt fue el primero en reconocer la relación entre la composición química de la roca y la asociación de minerales que desarrolla.

Plagioclase

Liquid

Plagioclase

plus

Plagioclase

Liquid

Liquid

plus

Plagioclase

Sistemas metamórficos (abierto)

En sistemas naturales complejos como las rocas metamórficas, además de las variables P y T suele haber una serie de variables composicionales (la composición de muchos minerales no es fija sino que puede cambiar dentro de unos límites), por lo que el número de grados de libertad suele ser mayor de dos (F>2).

Como ya Goldschmidt puso de manifiesto, la presencia de determinadas asociaciones de minerales que se repiten en muchos terrenos metamórficos de todo el mundo apoya la tesis de que F>2, ya que tales asociaciones es mucho más probable que representen condiciones donde la presión P, la temperatura T y la composición X pueden variar independientemente (áreas en el campo) que puntos sobre un límite de zona mineral (líneas en el campo).

Reacciones metamórficasSon reacciones químicas entre las diferentes faces presentes en una roca. Se producen cuando la Y, P, X de una fase fluida u otra variable ambiental cambia y la roca se reestructura para alcanzar un nuevo estado de equilibrio termodinámico. En este transito hay fases que desaparecen, otras que aparecen y otras que simplemente alteran su composición o el estado de valencia de alguno de sus elementos.

Son importantes para conocer el ambiente a las que ha estado sometida la roca.

Son de gran importancia en todos los estudios del metamórfismo.

Reacciones metamórficas

Discontinuas o univariantesContinuas o divariantesFase fluida: reacciones de desvolatización

Oxidación y reducciónMecanismosDiagramas composicionales y reacciones

Discontinuas o univariantesReacciones que se producen a una T y P determinadas.

Hasta que la reacción no termina, ni la presión ni la temperatura del sistema puedan variar: antes de alcanzarse valores precisos de P yT, en la roca existe una asociación mineral; una vez rebasados, la roca contiene otra asociación mineral.

Univariante indica que en un diagrama P-T las reacciones están en equilibrio a lo largo de curvas univariantes (1 grado de libertad).

Se da cuando reaccionan fases de composición fija e incluyen, entre otras, las reacciones polimórficas (ej. Reacción Ky↔Sil).

Las curvas univariantes marcan la posición de las diferentes reacciones discontinuas.

Diagrama P-T del sistema Al2O3-SiO2-H2O (sistema ASH)

Muestra los campos de estabilidad de la caolinita(Kln: Al4Si4O10(OH)8)), pirofilita (Prl:Al4Si8O20(OH)4), y el sistema alimunosilicato(Andalucita, And; Sillimanita, Sil; Distena, Ky: Al2SiO5)

Continuas o divariantesReacciones que pueden cambiar la composición de las fases involucradas.

El número de grados de libertad aumenta y los reactantes y los productos coexisten sobre un rango de T y P (campo divariante)

El grado de libertad extra lo proporciona la posibilidad de variar la composición de las fases.

La reacción progresa por variación tanto de la composición como las cantidades de las fases presentes, hasta que finalmente uno de los reactantes se agota.

Puede cambiar su composición (sin desaparecer) por intercambio de elementos, fundamentalmente cationes con otras fases en el sistema.

Cambiar de composición por intercambio catiónico Na-K durante el progreso de la reacción.

Reacción continua en el sistema K2O-Na2O-Al2O3-SiO2-H2O (sistema KNASH)

Reacción de la mica blanca con cuarzo para dar feldespato alcalino, andalucita y agua es continua en el sistema KNASH, ya que la mica blanca es una solución sólido de los miembros extremos paragonitay moscovita.

Fase fluida: reacciones de desvolitizaciónSon reacciones metamórficas que consumen o liberan un fluido.

Este fluido suele ser agua, pero tampoco es infrecuente que sea CO2 y, en el metamorfismo de grado bajo, metano.

Su progreso depende no sólo de la presión y la temperatura, sino también de la presión del fluido.

Las reacciones de desvolatilización más importantes son las que liberan agua (reacciones de deshidratación) y las que liberan CO2 (reacciones de descarbonatación)

Su progreso depende, no sólo de la presión y la temperatura, sino también de la presión parcial de los componentes volátiles

Diagrama de fases P-T para la reacción Ms + Qtz ↔ Kfs + Al2SiO5 + H2O en el que se muestra como se desplaza la curva de reacción al variar la presión parcial de H2O (PH2O) y hacerse menor que la presión litostática.

La temperatura de una isograda basada en una reacción de desvolatilización es muy sensible a la presión parcial de la especie volátil que interviene.

Oxido-ReducciónLas reacciones redox suponen cambios en el estado de oxidación de alguno de los

elementos de las fases que intervienen en la reacción.

El elemento multivalente más importante en los procesos geológicos es el hierro,que puede encontrarse en:

Estado nativo (Fe0).Estado divalente Fe2+ (hierro ferroso o reducido).Estado trivalente Fe3+ (hierro férrico u oxidado).

Como tanto la magnetita como la hematites son fases puras (no admiten cambiosde composición), sólo pueden variar la :Presión litostáticaTemperaturaPresión parcial de O2, PO2.La asociación hematites+magnetita se comporta como un tampón de oxígeno.

Como los valores de PO2 varían mucho de unas condiciones a otras, es convenienteusar una escala logarítmica para representarla.

Estos tampones de oxígeno sirven para conocer el rango de valores de PO2 enlas rocas metamórficas ya que el Fe en los silicatos raramente está tan oxidadocomo en la hematites y también es muy raro encontrar el Fe en estado metálico(Fe0).

El grado de reducción del hierro aumenta de la parte superior izquierda deldiagrama, donde todo el hierro está en forma oxidada.

En la parte inferior izquierda, donde todo el hierro está en forma nativa Fe0.

MecanismosEn los sistemas naturales las reacciones metamórficas son muy complejas y suelen

consistir en el desarrollo conjunto de varios de los tipos de reacciones con laparticipación simultánea de las fases minerales.

Esta complejidad lo proporciona la aparentemente simple reacción detransformación polimórfica de la Distena en Sillimanita al aumentar la temperatura.

Carmichael (1969) explicó los mecanismos de estás reacciones.Propuso la participación conjunta de tres reacciones metamórficas simultáneas en

puntos diferentes dentro de la matriz de la roca, facilitadas por la presencia de unafase fluida que transporta especies iónicas en disolución de un punto de la roca aotro.

Reacciones iónicas que relacionanla desestabilización de la distenacon el crecimiento de sillimanita.

Diagramas composicionales y reacciones

Los diagramas de fase composicionales sirven para conocer las asociacionesminerales que podemos esperar encontrar en una roca de composición dada enunas condiciones P-T especificadas (asociaciones compatibles)

Una sucesión de diagramas composicionales para diferentes P-T nos permiteconocer las reacciones metamórficas responsables de la aparición ydesaparición de los minerales al variar la presión y la temperatura

Se generan sobre los diagramas composicionales ternarios, los cuales sonlos que más se utilizan en metamorfismo, son posibles tres tipos genéricos dereacciones :

(1) Reacciones de tipo A+C ↔ D(2) Reacciones de tipo A+B+C ↔ D; y(3) Reacciones de tipo A+C ↔ B+D.

En estas expresiones A, B, C y D son cuatro fases cualesquiera (sólidas, líquidaso gaseosas) y como se trata de reacciones en sistemas ternarios, en un lado dela reacción no puede haber más de tres fases.

Termodinamicay fisicoquímico

Tectónica de placas

Petrología y metamórfismo

Facies y grados metamórficos

Rocas metamórficas y tectónicas de placas

Metamórfismo en zonas convergentes, divergentes, intraplacas,

ambiente tectónico de rocas metamórficas.

Unidad 8

Diagrama de margen convergente mostrando los tipos de metamórfismo presentes que involucra un margen activo.

Diagrama de margen divergente y asociación de metamórfismo

Diagrama de ambiente de intraplacas y la relación con el metamórfismo

Rocas metamórficas

y tectónica de placas

Metamórfismo de rocas

sediemtarias, ígneas y metamórficas

Facies y grados metamórficos

Termodinamica y fisicoquímica

Clasificación de rocas metamórficas

DiscusiónLa petrología metamórfica constituye una rama de la geologíarelativamente joven de la cual se tiene pocos avances einvestigaciones, las cuales hasta la actualidad contribuyensignificativamente con el conocimiento científico y el hacer de losgeólogos y la sociedad, propone un amplio campo de estudio en losaspectos de conocimientos ya expuestos y los aun no conocidos porla ciencia, ya que precisan de ser comprobados, analizados y tal vezsustituidos por conocimiento que carezcan de dudas por los queconocen y los que no conocen del proceso metamórfico y suresultados. El metamórfismo representa una manifestación delsistema llamado tierra del cual aun tiene preguntas por responder yrecursos por explotar de manera coexistente de la naturaleza la cualpertenecemos y la actitud y aptitud del movimiento humano.

ConclusiónLa recopilación de información de esté trabajo constituye unaglomerado de conocimientos históricos, de inversión de recursoshumanos y no humanos en que la facilita el estudio de una parte delsistema «tierra» desde cualquier punto de vista que se desee estudiarel proceso metamórfico . La recopilación de información mostrada eneste trabajo esta dado a los investigadores que dedicaron esfuerzo yrecurso para conocer todo aquello que cuanto les intrigaba en sutiempo y facilitaron el conocimiento a nuevas generaciones queocupan de ellos para realizar las tareas de las que son objeto y lasnecesidades que deben cumplir ante y con la sociedad.

Bibliografia-Winter J. (2000). AN INTRODUCTION TO IGNEOUS AND METAMORPHIC PETROLOGY. Department of Geology Whitman College. Prentice Hall Upper Saddle River, New Jersey

-Gómez Jiménez J., 2006, Metamórfismo; Apuntes de la asignatura Petrología Endógena II (paper)

-Myron G. Best. (2003). IGNEOUS AND METAMORPHIC PETROLOGY SECOND EDITION. Brigham Young University. Blackwell Science Ltd a Blackwell Publishing company.