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por:
Witold Smulikowski,
Jacqueline Desmons, Ben Harte, Francesco P. Sassi, Rolf Schmid
Traducción
de Antonio García Casco
de la propuesta de la Subcomisión sobre
Sistemática de Rocas Metamórficas de la Unión Internacional de Ciencias
Geológicas (SCMR-IUGS).
Versión WEB. 31/01/2003.
Propuesta de la Subcomisión
sobre Sistemática de Rocas Metamórficas de la IUGS
(IUGS Subcommission on the
Systematics of Metamorphic Rocks, SCMR)
Link al fichero original (pdf),
en inglés:
Metamorfismo
Proceso que implica cambios en la
mineralogía y/o microestructura de una roca en estado sólido. El cambio es
esencialmente debido a una adaptación de la roca a condiciones físicas que
difieren de aquellas bajo las que la roca parental se formó y que difieren
de las condiciones físicas que normalmente existen en la superficie de la
tierra y en la zona de diagénesis. El proceso puede coexistir con fusión
parcial y puede implicar también cambios en la composición química de la
roca.
Tipos de metamorfismo
La
clasificación del metamorfismo se basa en criterios variados:
-
a) La
extensión areal sobre la que se produce el proceso (i.e., m. regional,
m. local).
-
b)
Contexto geológico (orogénico, de enterramiento, de fondo oceánico, de
dislocación, de contacto, de lámina caliente –“hot-slab”,...).
-
c) El
principal factor (P, T, PH2O, esfuerzo desviatorio,
deformaciones) del metamorfismo (m. térmico).
-
d) La
causa particular de un metamorfismo específico (m. de impacto, m.
hidrotermal, m. de incendio, m. de relámpago,...)
-
e) Si
el metamorfismo resultó de un solo evento o de más de uno
(monometamorfismo, polimetamorfismo).
-
f) Si
va acompañado de incremento o descenso de temperatura (m. progrado, m.
retrogrado).
Tipología
del metamorfismo
Metamorfismo regional
Un tipo de metamorfismo caracterizado
por ocurrir en un área de gran amplitud, i.e. que afecta a un gran
volumen de rocas, y que está asociado a procesos tectónicos de gran
escala tales como expansión de fondo oceánico, engrosamiento cortical
relacionado con colisión de placas, subsidencia de cuencas, etc.
Metamorfismo local
Un tipo de metamorfismo que afecta a un
área (volumen de roca) limitada en extensión en la cual el metamorfismo
puede ser directamente atribuido a una causa localizada, como una
intrusión magmática, fracturación, o impacto de un meteorito.
Si el
metamorfismo, aun siendo de amplia extensión areal, puede ser
relacionado con una causa particular, por ejemplo el calor de
intrusiones magmáticas, se considera local.
Metamorfismo orogénico
Tipo de metamorfismo de extensión
regional relacionado con el desarrollo de cinturones orogénicos.
El
metamorfismo puede estar relacionado con más de una etapa del desarrollo
orogénico, y puede implicar fases compresivas y extensionales. Los
efectos dinámicos y térmicos se combinan de forma variable y puede darse
una gran variedad de condiciones P-T.
Metamorfismo de enterramiento
Tipo de metamorfismo, esencialmente de
extensión regional, que afecta a rocas profundamente enterradas bajo
pontentes pilas sedimentarias o vulcano-sedimentarias y que no se
encuentra típicamente asociado a deformación o magmatismo.
Las
rocas resultantes se encuentran parcial a totalmente recristalizadas, y
generalmente no presentan esquistosidad. Este tipo de metamorfismo
implica, comúnmente, temperaturas muy bajas a intermedias, y razones P/T
bajas a intermedias.
Metamorfismo de fondo oceánico
Tipo de metamorfismo de extensión
regional relacionado con los intensos gradientes geotérmicos que se dan
cerca de los centros de expansión en ambientes oceánicos.
La
recristalización, que es generalmente incompleta, ocurre bajo un rango
amplio de temperaturas. El metamorfismo se asocia con circulación de
fluidos acuosos calientes y muestra típicamente un incremento de la
temperatura con la profundidad.
Metamorfismo térmico
Tipo de metamorfismo de extensión local
causado por la difusión de calor desde una fuente caliente localizada.
Esfuerzos desviatorios pueden acompañar este metamorfismo, especialmente
en algunos casos de metamorfismo de contacto y de “lámina-caliente”. El
metamorfismo térmico incluye distintos tipos de metamorfismo.
Metamorfismo de dislocación
Tipo de metamorfismo de extensión local
asociado con zonas de falla o zonas de cillaza.
Tiene
lugar una reducción del tamaño de grano, y se forman milonitas y
cataclasitas.
Metamorfismo de impacto
Tipo de metamorfismo de extensión local
causado por el impacto de un cuerpo extraterrestre.
Tiene
lugar fusión y vaporización de la roca impactada.
Metamorfismo de contacto
Un tipo de metamorfismo térmico que
afecta a las rocas de caja de un cuerpo magmático.
Está
causado, esencialmente, por el flujo de calor desde el cuerpo magmático.
El rango de temperaturas que pueden alcanzarse es muy amplio, y puede ir
acompañado de deformación por esfuerzos desviatorios.
Pirometamorfismo
Es un tipo de metamorfismo de contacto
caracterizado por temperaturas muy altas, a bajas o muy bajas presiones,
generado por un cuerpo volcánico o subvolcánico.
Típicamente se encuentra en enclaves de rocas de caja de tales cuerpos
magmáticos, y puede implicar fusión parcial.
Metamorfismo hidrotermal
Es un tipo de metamorfismo térmico
causado por la circulación de fluidos calientes ricos en H2O.
Este
tipo de metamorfismo puede ir acompañado de metasomatismo.
Metamorfismo de lámina caliente.
Es un tipo de metamorfismo térmico
causado por el emplazamiento tectónico de un cuerpo caliente (e.g., una
litosfera oceánica u ofiolita).
El
gradiente térmico está generalmente invertido (i.e., rocas más frías
localizadas en profundidad) y el gradiente térmico es fuerte.
Metamorfismo de incendio
Un tipo raro de metamorfismo térmico
debido a la quema de combustibles naturales.
Metamorfismo de rayos
Un tipo de metamorfismo térmico debido
al impacto de rayos.
Una roca o
complejo de roca puede sufrir más de un evento metamórfico (e.g., metamorfismo
regional seguido de metamorfismo de contacto), por lo que se distinguen:
Monometamorfismo
Metamorfismo que resulta de un solo
evento metamórfico.
Polimetamorfismo
Metamorfismo que resulta de más de un
evento metamórfico.
Evento metamórfico
Secuencia continua (en el tiempo) de
condiciones (temperatura, presión, deformación) bajo las que la
transformación metamórfica comienza y continua hasta que eventualmente
termina.
Típicamente, un evento metamórfico consta de un ciclo de calentamiento y
enfriamiento que, en el metamorfismo orogénico va acompañado de cambios
de presión y de intensidad y estilo de deformación.
Fase metamórfica
Secuencia continua (en el tiempo) de
condiciones (temperatura, presión, deformación) bajo las que la
transformación metamórfica tiene lugar y que es claramente distinguible
(en términos metamórficos y temporales) de otras secuencias de
condiciones que eventualmente la preceden y/o suceden.
Un
evento metamórfico puede estar constituido por una o varias fases
metamórficas.
Clímax (pico) térmico
Condiciones P-T de máxima temperatura
alcanzada por un cuerpo rocoso dado durante una fase metamórfica dada.
Generalmente, no necesariamente coincide con el clímax bárico.
Clímax (pico) bárico
Condiciones P-T de máxima presión
alcanzada por un cuerpo rocoso dado durante una fase metamórfica dada.
Generalmente, no necesariamente coincide con el clímax térmico.
Evento metamórfico monofásico
Constituido por una sola fase
metamórfica y por tanto caracterizado por un único clímax térmico y
bárico.
Evento metamórfico polifásico
Constituido por más de una fase
metamórfica y por tanto caracterizado por más de un clímax térmico y
bárico.
En la
práctica, es complejo distinguir entre polimetamorfismo y metamórfico
polifásico.
Metamorfismo plurifacial
Puede
incluir ya sea polimetamorfismo o metamórfico polifásico, por lo que no
se recomienda su uso.
Trayectoria P-T-t
Serie continua de condiciones
metamórficas que define el evento metamórfico, o secuencia de
condiciones P-T sufridas por un cuerpo de roca dado durante el periodo
de tiempo de un evento metamórfico dado.
Si el
evento metamórfico es monofásico la trayectoria P-T-t es simple; si el
evento metamórfico es polifásico la trayectoria P-T-t es compuesta, y
lleva asociada más de un climax térmico y bárico.
Trayectoria P-T-t horaria
Trayectoria P-T-t de una fase
metamórfica dada en la que el climáx térmico se alcanza con bajada de
presión.
Trayectoria P-T-t antihoraria
Trayectoria P-T-t de una fase
metamórfica dada en la que el climáx térmico se alcanza con subida de
presión.
Trayectorias P-T-t (horarias)
esquemáticas de monometamorfismo (a y b) y polimetamorfismo (c y d) con
eventos metamórficos monofásicos (a y c) y polifásicos (b y d). Otras
combinaciones, incluyendo trayectorias P-T-t antihorarias, son posibles.
Temperatura, presión, grado, e isograda metamórficos
Términos relativos son comunes en la
definición de las condiciones físicas alcanzadas durante el metamorfismo. En
general, estas condiciones se refieren al pico térmico de la fase
metamórfica en cuestión. El espectro total de condiciones de temperatura del
metamorfismo se divide, en términos relativos, en cinco partes y,
correspondientemente, el metamorfismo se cualifica como metamorfismo de
temperatura muy baja, baja,
intermedia, alta, y muy alta.
De la misma manera, el espectro total de
condiciones de presión del metamorfismo se divide, en términos relativos, en
cinco partes y, correspondientemente, el metamorfismo se cualifica como
metamorfismo de presión muy baja, baja, intermedia,
alta, y muy alta. Esto permite dividir el campo P-T en 25 partes,
cada una de las cuales se cualifica de forma combinada, por ejemplo,
metamorfismo de presión intermedia-baja temperatura.
Términos similares permiten distinguir la
razón entre presión y temperatura (P/T). El espectro total de razones P/T
del metamorfismo se subdivide en 5 campos (sectores radiales en un diagrama
P-T): metamorfismo de razón P/T muy baja, baja, intermedia,
alta, y
muy alta.
El término grado metamórfico se usa
de forma para cualificar las condiciones relativas del metamorfismo,
generalmente en términos de temperatura. Por ello, el grado metamórfico se
subdivide en 5 partes: grado muy bajo, bajo,
intermedio,
alto, y muy alto.
Representación esquemática en el espacio P-T de los
cinco sectores de temperatura y presión, y los cinco sectores radiales
de razones P/T.
Dependiendo de si el metamorfismo
evoluciona (en el tiempo) con subida o bajada de temperatura se distinguen
dos tipos de metamorfismo: progrado o progresivo (aumenta la
temperatura con el tiempo), y retrogrado o retrogresivo
(disminuye la temperatura con el tiempo). El metamorfismo progrado se
identifica por la formación de minerales que son típicos de grado más alto
(i.e., de temperatura mayor) a partir de los minerales precursores. El
metamorfismo retrogrado se identifica por la formación de minerales que son
típicos de grado más bajo (i.e., de temperatura menor) a partir de los
minerales precursores.
Una isograda es una superficie que
corta la secuencia de rocas metamórficas, representada por una línea en un
mapa (intersección de la isograda con la superficie topográfica) que une
puntos en los que el metamorfismo alcanza valores similares (no
necesariamente idénticos) de temperatura, presión y potenciales químicos de
los elementos significativos. En términos prácticos, valores P-T-X similares
se identifican mediante isogradas minerales, que son superficies
definidas por la primera aparición o desaparición de un mineral, de una
composición de mineral, o de una asociación de minerales. Por ejemplo,
isograda de (la aparción de) la biotita (o biotita-in), isograda de la
desaparición de cloritoide (o cloritoide-out), isograda de plagioclasa Xan=17,
isograda del granate+biotita, isograda de la desaparición de
moscovita+cuarzo. Las isogradas minerales son indicativas de reacciones
metamórficas específicas sufridas por rocas de composición similar bajo
condiciones P-T similares.
Facies metamórficas
El concepto de facies metamórficas es una
noción fundamental de la Petrología Metamórfica. Este concepto reemplazó la
noción de zonas de profundidad (o depozonas, epizona, mesozona, catazona,
Grubenmann y Niggli, 1924) cuando se hizo obvio que las condiciones de
temperatura (o grado metamórfico) alcanzadas durante el metamorfismo no
están necesariamente relacionadas con la profundidad a la que ocurre el
metamorfismo dentro de la tierra. El concepto de facies fue definido por
Eskola (1915), quien dio la siguiente definición (1920):
“Una facies metamórfica es un grupo de
rocas caracterizadas por conjunto definido de minerales que, bajo las
condiciones de su formación, alcanzaron el equilibrio perfecto entre ellos.
La composición mineral cualitativa y cuantitativa en las rocas de una facies
dada varia gradualmente en correspondencia con las variaciones en la
composición química de las rocas”.
Eskola (1925) también definió el concepto
de
facies mineral, en un sentido más amplio y aplicable tanto a rocas
metamórficas como ígneas.
“Una facies mineral comprende todas las
rocas que se han originado bajo condiciones de temperatura y presión tan
similares que una composición química concreta produce el mismo conjunto de
minerales...”
Subsecuentemente, Eskola (1939) escribió:
“En una facies dada se agrupan rocas
para las que composiciones (químicas) globales idénticas exhiben
asociaciones minerales idénticas, pero cuya composición mineral para
composiciones (químicas) variables varia de acuerdo con leyes definidas”.
La IUGS
define las facies metamórficas, siguiendo a Eskola y otros autores, como:
“Una facies metamórfica es un conjunto
de asociaciones minerales repetidamente asociadas en el tiempo y el espacio
y que muestran una relación regular entre composición mineral y composición
química global, de forma que diferentes facies metamórficas (conjunto de
asociaciones minerales) se relacionan con las condiciones metamórficas, en
particular temperatura y presión, aunque otras variables, como PH2O
pueden ser también importantes”.
Una de las virtudes de la clasificación de
las rocas metamórficas en base al concepto de facies es que identifica las
regularidades en el desarrollo de las asociaciones minerales, que pueden
deberse (las regularidades) a las condiciones P-T alcanzadas, pero que no
intenta precisar tales condiciones.
Debido a la gran variedad de composiciones
químicas de rocas sujetas a metamorfismo, en términos prácticos es
conveniente definir un número limitado de facies que cubran las condiciones
P-T del metamorfismo. Tal y como propuso originalmente Eskola, estas facies
se definen basándose en los cambios mayores sufridos por rocas de
composición basáltica. Aunque es posible definir subfacies (ya sea para
composiciones basálticas u otras composiciones) que particionen el espacio
P-T, esta práctica se ha demostrado improcedente por la gran complejidad que
del esquema de facies y subfacies desarrollable.
Eskola definió 8 facies: esquistos
verdes,
anfibolitas con epidota, anfibolitas, corneanas piroxénicas,
sanidinitas, granulitas, esquistos con glaucofana (o
esquistos azules, como ahora se las denomina), y
eclogitas. Coombs et al. (1959) añadió las facies de las zeolitas,
y una zona de prehnita-pumpellyita, que Turner (1968) llamó facies de las
metagrauvacas con prehnita-pumpellyita. Miyashiro (1973) usó las diez facies
anteriores, aunque renombró la última como facies de prehnita-pumpellyita
(que se ha subdividido en facies de prehnita-pumpellyita,
prehnita-actinolita, y pumpellyita-actinolita, aunque
colectivamente que se agrupan bajo el término facies sub-esquistos verdes).
Para rocas de composición basáltica, los minerales y asociaciones de
minerales diagnósticos de estas diez facies son:
|
Facies |
Mineral o asociación mineral diagnóstico |
|
Zeolitas |
Zeolitas, como laumontita y heulandita (estos silicatos cálcicos son
los diagnósticos en lugar de prehnita, pumpellyita, o epidota) |
|
Sub-esquistos verdes |
Prehnita+pumpellyita, prehnita+actinolita, pumpellyita+actinolita (prehnita
y pumpellyita son los silicatos cálcicos diagnóstico en lugar de
epidota o zeolitas) |
|
Esquistos verdes |
Actinolita+albita+clorita+epidota (epidota es el silicato cálcico
diagnóstico en lugar de zeolitas, prehnita o pumpellyita) |
|
Anfibolitas con epidota |
Hornblenda+albita+epidota±clorita |
|
Anfibolitas |
Hornblenda+plagioclasa (Xan > 0.17) |
|
Corneanas piroxénicas |
Clinopiroxeno+ortopiroxeno+plagioclasa (olivino estable con
plagioclasa, i.e., baja P) |
|
Sanidinitas |
Clinopiroxeno+ortopiroxeno+plagioclasa (olivino estable con
plagioclasa, i.e., baja P) con variedades de muy alta temperatura
como pigeonita y labradorita rica en K |
|
Esquistos azules |
Glaucofana+epidota±granate, glaucofana+lawsonita, glaucofana+lawsonita+jadeita
(albita estable) |
|
Eclogitas |
Onfacita+granate (plagioclasa no estable, olivino estable con
granate, i.e., alta P) |
|
Granulitas |
Clinopiroxeno+ortopiroxeno+plagioclasa (olivino no estable con
plagioclasa ni granate, i.e., P intermedia) |
La tabla anterior
corresponde a la traducción literal. No obstante, la tabla ha sido
ligeramente modificada por el traductor con el fin de completarla, como se
muestra a continuación (en negrita las asociaciones minerales diagnósticas,
con clores series de facies de P/T intermedia (verde), alta (azul) y baja
(naranja):
|
Facies |
Asociación mineral diagnóstica |
|
Zeolitas |
Zeolitas,
como laumontita y heulandita (silicatos cálcicos diagnósticos en
lugar de prehnita, pumpellyita, o epidota) |
|
Sub-esquistos verdes |
Prehnita+pumpellyita,
prehnita+actinolita, pumpellyita+actinolita (prehnita
y pumpellyita son los silicatos cálcicos diagnósticos en lugar de
zeolitas o epidota |
|
Esquistos verdes |
Actinolita+albita+clorita+epidota+cuarzo
(epidota es el silicato cálcico diagnóstico en lugar de zeolitas,
prehnita, pumpellyita) |
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Anfibolitas con epidota |
Hornblenda+albita+epidota
±clorita ± granate |
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Anfibolitas |
Hornblenda+plagioclasa
(Xan > 0.17) ±granate ±cummingtonita ±cpx diopsídico |
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Granulitas |
Clinopiroxeno augítico + ortopiroxeno
+ plagioclasa ± granate ±pargasita
±cuarzo (olivino no estable con plagioclasa: P intermedia) |
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Esquistos Azules |
Glaucofana+albita+clorita (±lawsonita
±epidota) ±granate ±
actinolita ±paragonita ±fengita ±onfacita (albita estable) |
|
Eclogitas |
Onfacita+granate ±lawsonita, ±glaucofana, ±barroisita, ±epidota, ±distena (albita
no estable) |
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Corneanas de Albita-Epidota |
Actinolita
+albita+epidota+clorita+cuarzo |
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Corneanas hornbléndicas |
Hornblenda+plagioclasa
±anfiboles Fe-Mg (antofilita, gedrita, cummingtonita) ±cpx
diopsídico + cuarzo |
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Corneanas piroxénicas |
Clinopiroxeno augítico + ortopiroxeno
+ plagioclasa + olivino o
cuarzo (Ol+Pl: P baja) |
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Sanidinitas |
Clinopiroxeno augítico + ortopiroxeno
+ plagioclasa + olivino (Ol+Pl:
P baja) con variedades de muy alta temperatura como pigeonita y
labradorita rica en K |
Las facies metamórficas se encuentran en
distintas secuencias regulares. Esto da lugar al concepto de series de
facies metamórficas definido por Miyashiro (1961) como:
“una secuencia de facies metamórficas
desarrolladas bajo el mismo rango de razones P/T, y por tanto representables
como sectores radiales en un diagrama P-T”.
Miyashiro (1961) distinguió cinco series de
facies. Más tarde, Miyashiro (1973) las relacionó con tipos báricos del
metamorfismo: baja presión I, baja presión II (intermedio), media
presión (barroviano), alta presión I (intermedio), y alta presión II.
Representación esquemática en el espacio
P-T de los cinco sectores de temperatura y presión, los cinco sectores
radiales de razones P/T, y las diez principales facies (para rocas de
composición basáltica).
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