LOS MATERIALES DEL SISTEMA TIERRA: MINERALES Y ROCAS

María del Carmen Cabrera SantanaFrancisco José Pérez Torrado

Universidad de Las Palmas de Gran Canaria

1. DEFINICIONES BÁSICAS

Cristal, mineral, vídrio

Roca, textura, paragénesis

Sistema, fase

2. CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES

Problemas taxonómicos y de nomenclatura

Criterios de clasificación. La Clasificación de Dana

Minerales formadores de rocas

3. CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS

Problemas taxonómicos y de nomenclatura

Los tres grandes grupos de rocas

El Ciclo Petrológico moderno – Tectónica de Placas

DEFINICIONES BÁSICAS - I

• CRISTALSólido resultado del ordenamiento de átomos, iones o moléculas que lo constituyen en las tresdimensiones del espacio. Guardan una relación geométrica definida, aunque puedan tenerimperfecciones

• MINERALSustancia sólida e inorgánica natural que posee una composición química fija ovariable dentro de unos límites estrechos y que posee un ordenamiento atómicotridimensional y sistemático

• MINERALOIDESólido o líquido natural inorgánico en estado amorfo

• VÍDRIOLíquido polimerizado inorgánico (natural o no) en estado amorfo

DEFINICIONES BÁSICAS - II• ROCAAgregado natural, más o menos coherente y multigranular, formado por uno o máscomponentes sólidos (minerales, clastos, fósiles, etc). Una roca es un sistema termodinámicometaestable, cuyas fases minerales y sus relaciones texturales pueden reflejar los diferentesambientes físico-químicos por los que ha pasado el material hasta el momento actual

• TEXTURAConjunto de factores geométricos (tamaño de grano, grado de cristalinidad, forma, etc.) definidos por losdiferentes componentes (minerales, clastos, fósiles, etc) de una roca

• PARAGÉNESISAsociación mineral estable en una determinada roca condicionada por similares condiciones físico-químicas (T, P, pH, Eh, etc)

• FASEToda parte homogénea de un sistema que puede extraerse de él mecánicamente

• SISTEMAFracción aislada del universo, en la que se analizan los cambios producidos por parámetros externos. Unsistema puede ser:

Sistema cerrado: sólo transferencia de energía entre el exterior y el sistema

Sistema abierto: transferencia de energía y masa entre ambos

Sistema aislado: sin ningún tipo de transferencia. Utópico

PROPIEDADES PARA EL DIAGNÓSTICO DE LOS MINERALES

MÉTODOS QUÍMICOS Provocar reacciones químicas para determinar elementos característicos Muy agresivas y en desuso

MÉTODOS FÍSICOS Mayor sensibilidad, rapidez y poco agresivos Muy diversos. Los más comunes: Ópticos, Difractométricos,

Espectroscópicos y Térmicos

Pasos y métodos físicos para el estudio de los minerales

Tablas tomadas de

Galán y Mirete (1979)

CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES

• Existen más de 4400 minerales (especies y variedades), pero aún sesiguen descubriendo nuevos

• Taxonomía: no hay orden jerárquico completo Clases, Subclases, Grupos, Especies [series isomorfas], Variedad

• Nombre de los minerales: no hay reglas Terminación “ita” Nombres tradicionales

• Criterios de clasificación: incompatibles entre sí Composición química Estructura cristalina Génesis (ambiente de formación)

J.D. Dana (1837) clasificó los minerales en base a sus radicales aniónicos.Originalmente propuso 8 clases, pero en la actualidad se han elevado a 12

1. Elementos nativos

2. Sulfuros (S2-)

3. Sulfosales (combinación del S con As y Sb)

4. Óxidos e Hidróxidos (O2- y OH- )

5. Haluros (Cl -, F -, Br – , I -)

6. Carbonatos ([CO3] 2-)

7. Nitratos ([NO3] 2-)

8. Boratos ([BO3] 2-)

9. Fosfatos ([PO4] 3-)

10. Sulfatos ([SO4] 2-) y Cromatos ([CrO4] 2-)

11. Wolframatos ([WO4] 2-) y Molibdatos ([MoO4] 2-)

12. Silicatos ([SiO4] 4-)

CLASIFICACIÓN DE LOS MINERALES

SEGÚN LA PROPORCIÓN EN LA QUE APARECEN EN LAS ROCAS

MINERALES FUNDAMENTALES: Presentes siempre en las rocas en proporciones > 5%MINERALES ACCESORIOS: Casi siempre presentes en las rocas pero en pequeñas proporciones (< 5%)MINERALES ACCIDENTALES: Aparecen sólo ocasionalmente en las rocas y en escasas proporciones

SEGÚN EL MOMENTO DE FORMACIÓN

MINERALES PRIMARIOS: Formados en el mismo momento de generación de la rocaMINERALES SECUNDARIOS: Originados con posterioridad a la formación de la roca, a partir de la alteración de minerales primarios

MINERALES FORMADORES DE ROCAS

Tablas tomadas de Galán y Mirete (1979)

PRINCIPALES MINERALES PETROGENÉTICOS EN LA CORTEZA TERRESTRE

Tablas tomadas de Galán y Mirete (1979)

Distribución global de los minerales en la corteza terrestre

PRINCIPALES MINERALES PETROGENÉTICOS EN LA CORTEZA TERRESTRE

Figura tomada de Tarbuck y Lutgens (2005)

Tetraedro de Si: estructura básica de los silicatos

LOS SILICATOS MINERALES CONSTRUCTORES DE ROCAS

XmYn(ZpOq)Wr

• X = iones grandes, carga débil, con nº coordinación cúbica (8) o superior con el oxígeno (Na, Ca, K, Rb, Ba)

• Y = iones medianos, divalentes a tetravalentes, en coordinación octaédrica (6) (Al, Fe2+, Fe3+, Mg, Ti, Mn)

• Z = iones pequeños, con fuerte carga en coordinación tetraédrica (4) (Si, Al)

• O = es el oxígeno

• W = grupos aniónicos adicionales tales como OH, Cl, F, etc.

• p:q = subíndices que dependen del grado de polimerización de los silicatos

• m, n, r = dependen de la condición de neutralidad eléctrica de todo cristal

Figura tomada de Tarbuck y Lutgens (2005)

Tabla tomada

de Clein y Hurlbut (1997)

PROPIEDADES GENERALES DE LOS SILICATOS

CRISTALOGRAFÍA• En general, simetría baja

• 45% monoclínicos; 20% rómbicos; 10% tetragonales; 9% triclínicos; 9% cúbicos; 7% hexagonales-trigonales

DENSIDAD• En general, disminuye al aumentar el grado de polimerización

• Nesosilicatos pueden alcanzar valores de hasta 5 gr/cm3, mientras que en los Tectosilicatos de 2-3 gr/cm3

DUREZA• En general, disminuye al aumentar el grado de polimerización

EXFOLIACIÓN• Muy marcada en Filosilicatos (1 juego de planos) y en Inosilicatos (2 juegos de planos)

• Poco marcada o nula en Nesosilicatos y Tectosilicatos (3 juegos)

TEMPERATURA DE FORMACIÓN• En general, disminuye al aumentar el grado de polimerización

• Los silicatos se encuentran en todos los ambientes petrogenéticos: magmáticos, metamórficos y sedimentarios

POLIMERIZACIÓN DE LOS SILICATOS

SUBCLASE ESTRUCTURA RADICAL ANIONICO Si:O

NESOSILICATOS (SiO4)4- 1:4

SOROSILICATOS (Si2O7)6- 2:7

CICLOSILICATOS

Anillos de 3 (Si3O9)6-

1:3Anillos de 4 (Si4O12)8-

Anillos de 6 (Si6O18)12-

INOSILICATOSCadenas Sencillas (Si2O6)4- 1:3

Cadenas Dobles (Si4O11)6- 4:11

FILOSILICATOS (Si4O10)4- 2:5

TECTOSILICATOS (SiO2) 1:2

POLIMERIZACIÓN DE LOS SILICATOS

Figura tomada de

Tarbuck y Lutgens (2005)

PASOS PARA EL ESTUDIO DE LAS ROCAS Y DISCIPLINAS INVOLUCRADAS

Figura tomada de Raymond (2002)

Figura tomada de Castro Dorado (1989)

• 3 grandes clases: Ígneas o Magmáticas,Sedimentarias y Metamórficas• Criterios de clasificación: independientes entrecada clase de roca (incluso entre subclases)• Nombre de las rocas: no hay reglas

SedimentariasMagmáticas

MetamórficasDistribución proporcional en áreas

SedimentariasMagmáticas

Metamórficas

Distribución proporcional en volúmenes

DISTRIBUCIÓN EN LA CORTEZA

• Los afloramientos de rocas sedimentariassuponen, aproximadamente, el 66% de la superficetotal de la corteza. El restante 34% se lo repartencasi por igual rocas magmáticas y metamórficas.• Si se considera el volumen, las rocassedimentarias solo suponen el 4,8% de la corteza.• En el global de La Tierra, este volumen de rocassedimentarias se reduce a un 0,013 - 0,027%

CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS

Gráfico1

66

15

19

Hoja1

664.8

1540

1955.2

100100

Hoja1

Hoja2

Hoja3

Gráfico2

4.8

40

55.2

Hoja1

664.8

1540

1955.2

100100

Hoja1

Hoja2

Hoja3

PATRONES TEXTURALES COMO BASE PARA LA CLASIFICACIÓN DE ROCAS

Figura tomada de Castro Dorado (1989)

LÍMITES

Figuras tomadas de Liesa y Alías (1999)

• SEDIMENTARIAS – METAMÓRFICAS: final diagénesis – metamorfismo grado muy bajo. En lamayoría de los protolitos entre 100-150ºC (línea muerta: desaparición hidrocarburos ytransformación restos vegetales en carbón) – Minerales índices: zeolitas (pero algunas zeolitasson metamórficas y otras sedimentarias)

• METAMÓRFICAS – ÍGNEAS: inicio de la anatexia entre 700-900ºC a P corticales (curva Q-Ab-Oren presencia de agua) - Extracción del líquido magmático > 7% fusión parcial (gradaciónimperceptible entre migmatitas y granitos) – Para protolitos máficos, el inicio de la fusión seretrasa a mayores temperaturas

EL CICLO PETROGENÉTICO ACTUAL

• PLUTÓNICAS: Solidificación del magma en el subsuelo (altas T y P) en periodos dilatados de tiempo• VOLCÁNICAS: Solidificación del magma en la superficie (T y P ambientales) de forma muy rápida

• SUBVOLCÁNICAS (FILONIANAS): Conductos de emisión del magma hacia la superficie. Característicasintermedias

ROCAS MAGMÁTICAS

ROCAS MAGMÁTICAS

Fotos tomadas de http://www.ucm.es/info/diciex/programas/las-rocas/

Lava pahoe-hoe (Hawai)

Dique (La Gomera)

http://www.ucm.es/info/diciex/programas/las-rocas/rocasypaisaje/plutonicas/images/pedriza_jpg.jpg

Olivino Mg - Fe Ca plagioclasa

Mg piroxeno

Mg-Ca piroxeno

anfibol

biotita

(Esp

inel

a)

Feldespato Kmoscovita

Cuarzo vs Feldespatoides

Na plagioclasa

Ca-Na plagioclasa

Na-Ca plagioclasa

CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA DE LOS MAGMAS

SERIES DE REACCIÓN DE BOWEN (1922)

ROCAS MAGMÁTICAS

ROCAS MAGMÁTICAS

Figura tomada de Schmincke (2004)

Holocristalina Hialocristalina

Figura tomada de Davidson et al. (2001)

DIFERENCIACIÓN y AMBIENTE DE CONSOLIDACIÓN MAGMÁTICA

Causas de la variedad petrológica

ROCAS MAGMÁTICAS

Figura tomada de Davidson et al. (2001)

DIFERENCIACIÓN y AMBIENTE DE CONSOLIDACIÓN MAGMÁTICA

Causas de la variedad petrológica

ROCAS MAGMÁTICAS

Figuras tomadas de Castro Dorado (1989)

CLASIFICACIONES EN BASE AL CONTENIDO MODAL DE DETERMINADOS MINERALES

• Diagrama específico para rocas básicas, intermedias y ácidas

• Diagramas propios para rocas ultrabásicas

ROCAS MAGMÁTICAS

CLASIFICACIÓN BASADA EN LA PROPORCIÓN DE CIERTOS ELEMENTOS QUÍMICOS MAYORES

• Para las rocas piroclásticas se les añade, además, proporción y tamaño de partículas

Figura tomada de Castro Dorado (1989)Figura modificada de Le Maitre (1989)

ROCAS MAGMÁTICAS

MAGMATISMO Y TECTÓNICA DE PLACAS

Figura tomada de Schmincke (2004)

AMBIENTESGEOTECTÓNICOS

BORDES DE PLACAS INTRAPLACAS

CONVERGENTES(DESTRUCTIVOS)

DIVERGENTES(CONSTRUCTIVOS) INTRA-OCEÁNICA

INTRA-CONTINENTAL

MANIFESTACIONES Arcos Islas; Márgenes continentales activosDorsales; Dorsales en

cuencas tras-arco Islas volcánicasRift intracontinentales; Provincias basálticas

SERIES MAGMÁTICAS

Calco-alcalina; Tholeítica; Alcalina Tholeítica Alcalina; Tholeítica Alcalina; Tholeítica

MAGMATISMO Y TECTÓNICA DE PLACAS

ROCAS SEDIMENTARIAS

Tabla y Figura tomadas de Corrales et al. (1977)

ROCAS SEDIMENTARIAS

Fotos tomadas de http://www.ucm.es/info/diciex/programas/las-rocas/

http://www.ucm.es/info/diciex/programas/las-rocas/rocasypaisaje/bioquimicas/images/ruinoso_jpg.jpg

ROCAS SEDIMENTARIAS

Figuras tomadas de Tucker (2001)

SEDIMENTACIÓN Y TECTÓNICA DE PLACAS

ROCAS METAMÓRFICAS

Tabla tomada de

Castro Dorado (1989)

ROCAS METAMÓRFICAS

Fotos tomadas de http://www.ucm.es/info/diciex/programas/las-rocas/

ROCAS METAMÓRFICAS

SEGÚN EL AMBIENTE GEOLÓGICO• De impacto: Predominio P pero puede llegarse a fusión• Metamorfismo de contacto: Predominio T. Reajustes mineralógicos• Hidrotermal: Predominio T y fluidos. Reajustes mineralógicos y químicos (Metasomatismo)• Dinamometamorfismo (Fallas): Predominio P. Reajustes texturales• De enterramiento: Cuencas subsidentes• Regional (Orogénico): Doble cinturón (Alta y baja relación P/T)• Fondo oceánico: Predominio T y fluidos. Metasomatismo (aloquímico)

BORD

ES P

LACA

S

Figura tomada de

Liesa y Alías (1999)

METAMORFISMO Y TECTÓNICA DE PLACAS

TECTÓNICA DE PLACAS: CONTROL DE LA PETROLOGÍA

Figura tomada de Raymond (2002)

REFERENCIAS• Castro Dorado, A. (1989): Petrografía Básica. Texturas, Clasificación y Nomenclatura de rocas. Ed.Paraninfo, Madrid. 143 pp.

• Clein, C. y Hurlbut, C.S. (1997): Manual de Mineralogía de Dana (4ª Edición, vol. 1 y 2). Ed. Reverté,Barcelona. 362 y 438 pp.

• Corrales, I.; Rosell, J.; Sánches de la Torre, L.; Vera, J.A. y Vilas, L. (1977): Estratigrafía. Ed. Rueda,Madrid. 718 pp.

• Davidson, J.P.; Reed, W.E. y Davis, P.M. (2001): Exploring Earth. An introduction to PhysicalGeology (2nd edition). Ed. Prentice Hall, Londres. 549 pp.

• Galán, E. y Mirete, S. (1979): Introducción a los minerales de España. Ed. IGME, Madrid. 420 pp.

• Le Maitre, R.W. (1989): A classification of igneous rocks and glossary of terms. Ed. BlackwellScientific, Oxford, 193 pp.

• Liesa, M. y Alías, G. (1999): Petrologia de les Roques Metamòrfiques. Ed. Universitat de Barcelona,Barcelona. 132 pp.

• Raymond, L.A. (2002): Petrology. The study of igneous, sedimentary & metamorphic rocks. Ed.McGraw Hill, Boston. 720 pp.

• Schmincke, H.U. (2004): Volcanism. Ed. Springer-Verlag, Berlín. 324 pp.

• Tarbuck, E.J. y Lutgens, F.K. (2005): Ciencias de la Tierra. Una introducción a la Geología Física (8ªedición). Ed. Pearson-Prentice Hall, Madrid. 710 pp.

• Tucker, M.E. (2001): Sedimentary petrology (3ª edición). Ed. Blackwell Science, Oxford, ReinoUnido. 262 pp.

Número de diapositiva 1Número de diapositiva 2Número de diapositiva 3Número de diapositiva 4Número de diapositiva 5Número de diapositiva 6Número de diapositiva 7Número de diapositiva 8Número de diapositiva 9Número de diapositiva 10Número de diapositiva 11Número de diapositiva 12Número de diapositiva 13Número de diapositiva 14Número de diapositiva 15Número de diapositiva 16Número de diapositiva 17Número de diapositiva 18Número de diapositiva 19Número de diapositiva 20Número de diapositiva 21Número de diapositiva 22Número de diapositiva 23Número de diapositiva 24Número de diapositiva 25Número de diapositiva 26Número de diapositiva 27Número de diapositiva 28Número de diapositiva 29Número de diapositiva 30Número de diapositiva 31Número de diapositiva 32Número de diapositiva 33Número de diapositiva 34Número de diapositiva 35Número de diapositiva 36Número de diapositiva 37Número de diapositiva 38Número de diapositiva 39