7.1: Controles sobre procesos metamórficos

Los principales factores que controlan los procesos metamórficos son:

• la composición mineral de la roca madre,
• la temperatura a la que se produce el metamorfismo,
• la cantidad y tipo de presión durante el metamorfismo,
• los tipos de fluidos (principalmente agua) que están presentes durante el metamorfismo, y
• la cantidad de tiempo disponible para el metamorfismo.

Roca Parent

La roca madre es la roca que existe antes de que comience el metamorfismo. Las rocas sedimentarias o ígneas pueden considerarse las rocas madre para las rocas metamórficas. Aunque una roca metamórfica existente se puede metamorfosear o volver a metamorfosear aún más, la roca metamórfica normalmente no califica como una “roca madre”. Por ejemplo, si una piedra fangosa se metamorfosea a pizarra y luego se entierra más profundamente donde se metamorfosea a esquisto, la roca madre del esquisto es la piedra fangosa, no la pizarra. La característica crítica de la roca madre es su composición mineral porque es la estabilidad de los minerales lo que cuenta cuando se produce el metamorfismo. Es decir, cuando una roca es sometida a mayores temperaturas, ciertos minerales pueden volverse inestables y comenzar a recristalizarse en nuevos minerales.

Temperatura

La temperatura a la que se somete la roca es una variable clave para controlar el tipo de metamorfismo que tiene lugar. Como aprendimos en el contexto de las rocas ígneas, la estabilidad mineral es una función de la temperatura, la presión y la presencia de fluidos (especialmente agua). Todos los minerales son estables en un rango específico de temperaturas. Por ejemplo, el cuarzo es estable a partir de las temperaturas ambientales (sea cual sea el clima que le pueda arrojar) hasta aproximadamente 1800°C. Si la presión es mayor, ese límite superior será aún mayor. Si hay agua presente, será menor. Por otro lado, la mayoría de los minerales arcillosos sólo son estables hasta alrededor de 150° o 200°C; por encima de eso, se transforman en micas. La mayoría de los feldespatos son estables hasta entre 1000°C y 1200°C; la mayoría de los otros minerales comunes tienen límites superiores entre 150°C y 1000°C.

Algunos minerales cristalizarán en diferentes polimorfos (misma composición, pero diferente estructura cristalina) dependiendo de la temperatura y presión. Los minerales cianita, andalucita y silimanita son polimorfos con la composición Al ₂ SiO ₅. Son estables a diferentes presiones y temperaturas, y, como veremos más adelante, son indicadores importantes de las presiones y temperaturas que existieron durante la formación de rocas metamórficas (Figura\(\PageIndex{1}\)).

Figura\(\PageIndex{1}\) Los campos de estabilidad de temperatura y presión de los tres polimorfos de Al ₂ SiO ₅ (La presión es equivalente a la profundidad. La cianita es estable a temperaturas bajas a moderadas y presiones bajas a altas, andalucita a temperaturas moderadas y bajas presiones, y silimanita a temperaturas más altas).

Presión

La presión es importante en los procesos metamórficos por dos razones principales. En primer lugar, tiene implicaciones para la estabilidad mineral (Figura\(\PageIndex{1}\)). Segundo, tiene implicaciones para la textura de rocas metamórficas. Las rocas que están sometidas a presiones de confinamiento muy altas suelen ser más densas que otras porque los granos minerales son apretados entre sí (Figura\(\PageIndex{2}\) a), y también porque pueden contener minerales que tienen mayor densidad debido a que los átomos están más apretados.

Debido a la tectónica de placas, las presiones dentro de la corteza generalmente no se aplican por igual en todas las direcciones. En áreas de convergencia de placas, por ejemplo, la presión en una dirección (perpendicular a la dirección de convergencia) suele ser mayor que en las otras direcciones (Figura\(\PageIndex{2}\) b). En situaciones en las que diferentes bloques de la corteza están siendo empujados en diferentes direcciones, es probable que las rocas estén sometidas a una gran tensión (Figura\(\PageIndex{2}\) c).

Uno de los resultados de la presión dirigida y el esfuerzo cortante es que las rocas se folian, lo que significa que tendrán una tela direccional. La foliación es un aspecto muy importante de las rocas metamórficas, y se describe con más detalle más adelante en este capítulo.

Figura\(\PageIndex{2}\) Una ilustración de diferentes tipos de presión sobre rocas. (a) presión de confinamiento, donde la presión es esencialmente igual en todas las direcciones, (b) presión dirigida, donde la presión de los lados es mayor que la de arriba y abajo, y (c) esfuerzo cortante causado por diferentes bloques de roca que son empujados en diferentes direcciones. (En a y b también hay presión dentro y fuera de la página.)

Fluidos

El agua es el principal fluido presente dentro de las rocas de la corteza, y el único que consideraremos aquí. La presencia de agua es importante por dos razones principales. Primero, el agua facilita la transferencia de iones entre los minerales y dentro de los minerales, y por lo tanto aumenta las velocidades a las que ocurren las reacciones metamórficas. Entonces, si bien el agua no necesariamente cambia el resultado de un proceso metamórfico, acelera el proceso para que el metamorfismo pueda tener lugar en un período de tiempo más corto, o se completan procesos metamórficos que de otra manera no habrían tenido tiempo de completarse.

En segundo lugar, el agua, especialmente el agua caliente, puede tener concentraciones elevadas de elementos disueltos (iones), y por lo tanto es un medio importante para mover ciertos elementos dentro de la corteza. Por lo que el agua no sólo facilita las reacciones metamórficas sobre una base de grano a grano, también permite el transporte de elementos de un lugar a otro. Esto es muy importante en los procesos hidrotermales, que se discuten hacia el final de este capítulo, y en la formación de yacimientos minerales.

Tiempo

La mayoría de las reacciones metamórficas tienen lugar a ritmos muy lentos. Por ejemplo, se ha estimado que el crecimiento de nuevos minerales dentro de una roca durante el metamorfismo es de aproximadamente 1 milímetro por millón de años. Por esta razón, es muy difícil estudiar los procesos metamórficos en un laboratorio.

Si bien la tasa de metamorfismo es lenta, los procesos tectónicos que conducen al metamorfismo también son muy lentos, por lo que en la mayoría de los casos, la probabilidad de que se completen las reacciones metamórficas es alta. Por ejemplo, un importante escenario metamórfico es de muchos kilómetros de profundidad dentro de las raíces de las cadenas montañosas. Una cordillera tarda decenas de millones de años en formarse, y decenas de millones de años más en erosionarse en la medida en que podemos ver las rocas que se metamorfosearon profundamente debajo de ella.

Ejercicio 7.1

Figura\(\PageIndex{3}\) Granates en una roca. La moneda de euro (23 mm) es para escala.

Esta foto muestra una muestra de esquisto granate mica de la isla griega de Siros. Los grandes cristales rojizos son granate, y la roca circundante de color claro está dominada por mica moscovita. La moneda Euro es de 23 milímetros de diámetro. Supongamos que los diámetros de los granates aumentaron a una tasa de 1 milímetro por millón de años.

Con base en el diámetro promedio aproximado de los granates visibles, estime cuánto tiempo podría haber tardado este proceso metamórfico.

Consulte el Apéndice 3 para las respuestas del Ejercicio 7.1.

Descripciones de las imágenes

Descripción de la\(\PageIndex{1}\) imagen de la figura: Los rangos de temperatura en los que los polimorfos de Al ₂ SiO ₅ son estables a diversas profundidades.

Profundidad (kilómetros)	Cianita	Andalucita	Silimanita
5	Menos de 300°C	300 a 650°C	Mayor a 670°C
10	Menos de 400°C	410 a 580°C	Mayor a 590°C
15	Menos de 500°C	No estable	Mayor a 500°C
20	Menos de 570°C	No estable	Mayor a 590°C
25	Menos de 640°C	No estable	Mayor a 620°C
30	Menos de 700°C	No estable	Mayor a 700°C

[Volver a la figura\(\PageIndex{1}\)]

Atribuciones de medios

• Figuras 7.1.1, 7.1.2: © Steven Earle. CC POR.
• Figura\(\PageIndex{3}\): Granate Mica Esquisto Syros Grecia © Graeme Churchard. CC POR.