6.2: Rocas Sedimentarias Químicas

Mientras que las rocas sedimentarias clásticas están dominadas por componentes que han sido transportados como clastos sólidos (arcilla, limo, arena, etc.), las rocas sedimentarias químicas están dominadas por componentes que han sido transportados como iones en solución (Na ⁺, Ca ²⁺, HCO ₃ ⁻, etc.). Hay cierta superposición entre las dos porque casi todas las rocas sedimentarias clásticas contienen cemento formado a partir de iones disueltos, y muchas rocas sedimentarias químicas incluyen algunos clastos. Dado que los iones pueden permanecer en solución durante decenas de miles de años (algunos mucho más tiempo), y pueden viajar por decenas de miles de kilómetros, es prácticamente imposible relacionar los sedimentos químicos de nuevo con sus rocas fuente.

Meteorología química y rocas sedimentarias químicas

Muchos estudiantes confunden la meteorización química con rocas sedimentarias químicas, o asumen erróneamente que cuando y donde se produce la meteorización química, se acumularán rocas sedimentarias químicas. La mayoría de los iones en solución en ríos, lagos y océanos se producen durante la meteorización química, pero esos iones pueden permanecer en solución durante millones de años, y durante ese tiempo pueden recorrer cientos de miles de km (sí, literalmente alrededor del mundo, varias veces). Eventualmente podrían salir de la solución como resultado de un proceso biológico o un cambio en las condiciones químicas y luego se convertirán en un cristal mineral que puede asentarse para formar un sedimento químico.

Entonces, los iones de calcio que forman parte de un lodo de calcita en el fondo marino cerca de la Gran Barrera de Coral de Australia podrían haber venido literalmente de cualquier parte de la Tierra (y casi con certeza provinieron de muchos lugares diferentes), y podrían haber estado en solución por tan solo unos días o por tanto tiempo como decenas de millones de años.

La roca sedimentaria química más común, con mucho, es la piedra caliza. Otros incluyen cerda, formación de hierro en bandas y evaporitas. Los procesos biológicos son importantes en la formación de algunas rocas químicas sedimentarias, especialmente la piedra caliza y el chert. Por ejemplo, la piedra caliza está compuesta casi en su totalidad por fragmentos de organismos marinos ^[1] que fabrican calcita para sus conchas y otras partes duras, y la mayor parte del chert incluye al menos algunas de las pruebas de sílice (conchas) de organismos marinos diminutos (como diatomeas y radiolarios).

Caliza

Casi toda la piedra caliza se forma en los océanos, y la mayor parte se forma en las plataformas continentales poco profundas, especialmente en las regiones tropicales con arrecifes de coral. Los arrecifes son ecosistemas altamente productivos poblados por una amplia gama de organismos, muchos de los cuales utilizan iones de calcio y bicarbonato en el agua de mar para elaborar minerales carbonatados (especialmente calcita) para sus conchas y otras estructuras. Estos incluyen corales, por supuesto, pero también algas verdes y rojas, erizos, esponjas, moluscos y crustáceos. Las partes duras de estos organismos son erosionadas por las olas y corrientes para producir fragmentos de carbonato que se acumulan en la región circundante, como se ilustra en la Figura\(\PageIndex{1}\).

Figura\(\PageIndex{1}\) Varios corales y algas verdes en un arrecife en Ambergris, Belice. La arena de color claro consiste en fragmentos de carbonato erosionados de los organismos de arrecife, y este es el tipo de material que eventualmente se convertirá en piedra caliza.

La figura\(\PageIndex{2}\) muestra una sección transversal a través de un arrecife típico en un ambiente tropical (normalmente entre 40° N y 40° S). Los arrecifes tienden a formarse en áreas con agua clara (por ejemplo, no cerca de las desembocaduras de grandes ríos) y cerca de los bordes de caídas empinadas porque los organismos de arrecife prosperan en corrientes de surgencia ricas en nutrientes. A medida que el arrecife se acumula, es erosionado por las olas y corrientes para producir sedimentos carbonatados que se transportan a la empinada zona de arrecife en alta mar y al área de arrecife costero más superficial. Estos sedimentos están dominados por fragmentos de carbonato tipo arrecife de todos los tamaños, incluido el lodo. En muchas de esas áreas, los sedimentos ricos en carbonato también se acumulan en lagunas tranquilas, donde predominan los fragmentos de lodo y conchas de moluscos (Figura\(\PageIndex{3}\) a) o en áreas marinas con fuertes corrientes, donde se acumulan pruebas de foraminíferos (Figura\(\PageIndex{3}\) b) o la calcita cristaliza de forma inorgánica para formar ooides —esferas de calcita que se forman en aguas someras tropicales oceánicas con fuertes corrientes (Figura\(\PageIndex{3}\) c).

Figura Sección transversal\(\PageIndex{2}\) esquemática a través de un arrecife tropical típico.

Figura Rocas y sedimentos\(\PageIndex{3}\) carbonatados: (a) piedra caliza rica en moluscos formada en una zona lagunar en Ambergris, Belice, (b) sedimento rico en foraminíferos de un bar de arena de carbonato sumergido en Belice (c) ooides de una playa en Joulters Cay, Bahamas.

La piedra caliza también se acumula en aguas más profundas, a partir de la lluvia constante de las conchas de carbonato de pequeños organismos que vivían cerca de la superficie del océano. El límite inferior para la acumulación de piedra caliza es de alrededor de 4,000 metros. Bajo esa profundidad, la calcita es soluble por lo que la piedra caliza no se acumula.

La calcita también se puede formar en tierra en una serie de ambientes. Formas de toba en manantiales (Figura\(\PageIndex{4}\)) y formas de travertino en aguas termales. Material similar precipita dentro de cuevas de piedra caliza para formar estalactitas , estalagmitas y una amplia gama de otros espeleotemas. La toba, el travertino y los espeleotemas constituyen sólo una pequeña proporción de toda la piedra caliza.

Figura\(\PageIndex{4}\) Tufa formada en un muelle en Johnston Creek, Alberta. La roca gris acostada a la izquierda es de piedra caliza.

Dolomita (CaMg (CO ₃) ₂) es otro mineral carbonatado, pero dolomita es también el nombre de una roca compuesta por el mineral dolomita (aunque algunos geólogos usan el término dolostone para evitar confusiones). La roca dolomita es bastante común (hay toda una cordillera italiana que lleva su nombre), lo cual es sorprendente ya que los organismos marinos no producen dolomita. Toda la dolomita que se encuentra en rocas antiguas se ha formado a través del magnesio reemplazando parte del calcio en la calcita en lodos carbonatados y arenas. Este proceso se conoce como dolomitización, y se cree que tiene lugar donde el agua rica en magnesio se percola a través de los sedimentos en ambientes planos de marea carbonatada.

Chert

Como hemos visto, no todos los organismos marinos hacen sus partes duras de calcita; algunos, como radiolarios y diatomeas, usan sílice, y cuando mueren sus pequeñas conchas (o pruebas) se asientan lentamente hasta el fondo donde se acumulan como cerda. En algunos casos, el pedernal se deposita junto con la piedra caliza en el océano moderadamente profundo, pero los dos tienden a permanecer separados, por lo que los lechos de cerda dentro de la piedra caliza son bastante comunes (Figura\(\PageIndex{5}\)), al igual que los nódulos, como los nódulos de sílex de la tiza del Cretácico del sureste de Inglaterra. En otras situaciones, y especialmente en aguas muy profundas, el chert se acumula por sí solo, comúnmente en lechos delgados.

Figura\(\PageIndex{5}\) Chert (capas marrones) intercaladas con piedra caliza Triassic Quatsino Fm. en la isla Quadra, B.C. Todas las capas han sido plegadas, y destaca el chert, siendo insoluble y más duro que la piedra caliza.

Formación de hierro con bandas

La formación de hierro bandeado (BIF) es un depósito profundo del fondo marino de óxido de hierro que es un mineral común de hierro (Figura\(\PageIndex{6}\)). El BIF se forma cuando el hierro disuelto en el agua de mar se oxida, se vuelve insoluble y se hunde hasta el fondo de la misma manera que lo hacen las pruebas de sílice para formar chert. El BIF prevalece en rocas que datan de 2400 a 1800 Ma, resultado de los cambios en la atmósfera y los océanos que tuvieron lugar durante ese período de tiempo. Las bacterias fotosintéticas (es decir, cianobacterias, también conocidas como algas verdeazuladas) consumen dióxido de carbono de la atmósfera y utilizan energía solar para convertirlo en oxígeno. Estas bacterias evolucionaron primero alrededor de 3500 Ma, y durante los siguientes mil millones de años, casi todo ese oxígeno libre fue consumido por procesos químicos y biológicos, pero para 2400 Ma los niveles de oxígeno libre comenzaron a aumentar en la atmósfera y los océanos. En un periodo de 600 millones de años, ese oxígeno convirtió gradualmente el hierro ferroso soluble (Fe ²⁺) en hierro férrico insoluble (Fe ³⁺), que se combinó con oxígeno para formar la hematita mineral (Fe ₂ O ₃), lo que llevó a la acumulación de BIF en el fondo marino. Después de 1800 Ma, quedó poco hierro disuelto en los océanos y la formación de BIF esencialmente se detuvo.

Figura\(\PageIndex{6}\) Un ejemplo de una formación de hierro bandeado con capas de óxido de hierro oscuro intercaladas con cerda teñida de rojo por hematita. Esta roca tiene 2.1 mil millones de años.

Evaporita

En las regiones áridas muchos lagos y mares interiores no tienen salida de arroyos y el agua que desemboca en ellos se elimina sólo por evaporación. En estas condiciones, el agua se concentra cada vez más con sales disueltas, y eventualmente algunas de estas sales alcanzan niveles de saturación y comienzan a cristalizar (Figura\(\PageIndex{7}\)). Aunque todos los depósitos de evaporita son únicos debido a las diferencias en la química del agua, en la mayoría de los casos comienzan a precipitar cantidades menores de carbonatos cuando la solución se reduce a aproximadamente 50% de su volumen original. El yeso (_{CaSO 4} ·H ₂ O) precipita a aproximadamente 20% del volumen original y la halita (NaCl) precipita al 10%. Otros minerales importantes de la evaporita incluyen la silvita (KCl) y el bórax (Na ₂ B ₄ O ₇ ·10H ₂ O). Sylvita se extrae en numerosos lugares a través de Saskatchewan (Figura\(\PageIndex{8}\)) a partir de evaporitas que se depositaron durante el Devónico (~385 Ma) cuando un mar interior ocupó gran parte de la región.

Figura Lago\(\PageIndex{7}\) Manchado, cerca de Osoyoos, B.C. Los patrones en la superficie son de sal. Esta foto fue tomada en mayo cuando el agua estaba relativamente fresca debido a las lluvias invernales. Al final del verano, la superficie de este lago suele estar completamente incrustada con depósitos de sal.

Figura\(\PageIndex{8}\) Una máquina minera frente al mineral de potasa (sylvita) en la mina Lanigan cerca de Saskatoon, Saskatchewan. La capa de potasa minable (a la derecha) tiene aproximadamente 3 metros de grosor.

Ejercicio 6.3 Hacer evaporita

Figura\(\PageIndex{9}\)

Este es un experimento fácil que puedes hacer en casa. Vierte alrededor de 50 mL (apenas menos de 1/4 taza) de agua muy caliente en una taza y agrega 2 cucharaditas (10 mL) de sal. Revuelva hasta que toda o casi toda la sal se haya disuelto, luego vierta el agua salada (dejando atrás cualquier sal sin disolver) en un plato ancho poco profundo o en un plato pequeño. Dejar que se evapore por unos días y observar el resultado. ¿Cuál es el rango de tamaño y la forma de los cristales que cultivaste?

Puede parecerse un poco a Figura\(\PageIndex{9}\). Estos cristales son de hasta aproximadamente 3 milímetros de ancho.

Consulte el Apéndice 3 para las respuestas del Ejercicio 6.3.

Atribuciones de medios

• Figuras 6.2.1, 6.2.2, 6.2.3ab 6.2.4, 6.2.5, 6.2.7, 6.2.9: © Steven Earle. CC POR.
• Figura\(\PageIndex{3}\) c: JoultersCAYOOIDES por Wilson44691. Dominio público.
• Figura\(\PageIndex{6}\): © Andre Karwath. CC BY-SA.
• Figura\(\PageIndex{8}\): Foto cortesía de PotashCorp. Todos los derechos reservados. Usado con permiso.

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1. Usamos la palabra marino cuando nos referimos a ambientes de agua salada (es decir, oceánicos), y la palabra acuática cuando nos referimos a ambientes de agua dulce.