Metamorfisme: Procés, Tipus, Textures i Roques

Metamorfisme: Procés i Límits

• Procés geològic: transformació mineralògica i estructural de les roques com a conseqüència de l'augment de la pressió i la temperatura.
• En cap moment s’assoleix la fusió de cap mineral.
• Les condicions fisicoquímiques a certa profunditat són diferents d'aquelles sota les quals es va formar la roca.
• Són roques diferents perquè tenen minerals diferents.
• La textura no es conserva al variar la P i Tª. Químicament és el mateix, però mineralògicament no.
• Diferent textura, diferents minerals, però iguals elements químics.
• Queda exclòs del metamorfisme els processos lligats a la diagènesi de les roques sedimentàries.
• El límit entre processos sedimentaris i metamòrfics es troba cap a 200 ºC (temperatura de deshidratació d'argiles) i una pressió equivalent al pes de les roques a uns 6 km de profunditat.

Límits del Metamorfisme

• Límit superior: Fusió i aparició d’una fase fosa, existint roques híbrides (migmatites) que presenten porcions cristal·litzades de la fase fosa juntament amb restes de roca metamòrfica.
• Límit inferior: Moment en què en una roca apareixen un o diversos minerals metamòrfics.

Variables dels Processos Metamòrfics

• Variables que conformen els processos de transformació mineralògica i estructural, determinant la mineralogia i estructura de la roca metamòrfica.
• Tipus de variables: Internes i Externes.

Variables Internes

• Propietats que depenen de la constitució primària de la roca i controlen el procés de transformació.
• Comportament dels constituents minerals individuals i globals de la roca front als processos de deformació.
• Depèn de la composició mineralògica, textura primària i presència de solucions.

Variables Externes: Pressió i Temperatura

• Són la pressió i la temperatura, controlant les transformacions mineralògiques i influint sobre el comportament mecànic de la roca.

Pressió

• Pressió litoestàtica: És la pressió exercida pel pes de les roques que tenim a sobre.
• Pressió per esforços tectònics (Ps = Pressió d’estrès): Produïda per forces de cisalla que actuen durant el metamorfisme.
• Importància d'aquesta pressió: accelera les reaccions metamòrfiques. Trenca les estructures cristal·lines dels minerals i augmenta la superfície de contacte entre ells, la qual cosa augmenta la velocitat de reacció.
• Pressió de la fase gasosa (Pf): Pressió donada per la presència d'una certa quantitat d’aigua i CO2 a les roques, que la incrementa. Pf fa augmentar les Pl i Ps.

Temperatura

• Els límits de temperatura en el metamorfisme són 200ºC, 650ºC i 800/1000ºC.
• Segons la quantitat d’aigua, es pot allargar el metamorfisme.
• Quan la roca comença a fondre, el procés s’anomena anatèxia.

Origen de l'Increment de Temperatura

• Gradient Geotèrmic.
• Calor produïda per esforços tectònics.
• Calor produïda per intrusions magmàtiques.

Calor produïda per Gradient Geotèrmic

• Molt variable amb l’espai i amb el temps.
• A mesura que anem descendint, augmenta la temperatura.

Calor produïda per Esforços Tectònics

• Produïda per increments de Ps que es donen en zones amb activitat tectònica.
• Les temperatures no són gaire elevades, per tant no són importants com a causa de metamorfisme.

Calor produïda per Intrusions Magmàtiques

• Prové dels cossos magmàtics que aporten increments de temperatura importants.
• Especialment al voltant del cos magmàtic o cambra magmàtica.

Tipus de Metamorfisme

Segons la Dimensió

• Locals: Quan la transformació mineralògica està restringida a una àrea molt petita.
• General: Metamorfisme que afecta extensions de centenars i milers de km².

Segons la Intensitat

• Baix metamorfisme: Metamorfisme que es produeix entre una zona de diagènesi i el veritable metamorfisme (una mica més P i Tª). Mineralògicament es caracteritza per la transformació dels minerals argilosos.
• Metamorfisme: Temperatures de 200ºC fins a 700-800ºC. Pressions de 100 bars a 10 kbar. Si hi ha aigua, la roca es fon abans (magmatisme); si no, pot arribar fins a 1000ºC.
• Ultrametamorfisme: Es produeix a la zona on comença a haver-hi fusió parcial de la roca (zona d’anatèxia).

Segons les Condicions de Pressió i Temperatura

• Metamorfisme de contacte: Es caracteritza per increments de temperatura intensos i pressions dèbils. S’explica per la presència de masses de roques ígnies, al voltant de les quals es desenvolupen increments de Tª que donen lloc a roques metamòrfiques. El que dona idea del grau de metamorfisme són els minerals que contenen les roques. (P disminueix, Tª augmenta).
• Metamorfisme regional: Es localitza en extenses àrees de l’escorça terrestre, relacionades tant en l’espai com amb el temps amb les orogènies (formació de serralades). Zones on es formen les serralades, a més, associen procés de deformació i el resultat final de la roca és l'esquistositat i la foliació de la roca.

Zones del Metamorfisme Regional

• Epizona: És la més superficial. Hi predominen roques amb un grau baix de metamorfisme, com les pissarres.
• Mesozona: Grau mitjà de metamorfisme, amb roques com els esquists i amfibolites.
• Catazona: Zona amb grau més elevat de metamorfisme. Conté gneis i migmatites.

• Metamorfisme de profunditat: No està relacionat ni amb el plutonisme ni l’orogènia. Té lloc en sediments i roques volcàniques enfonsades a gran profunditat sense que hi hagi plegament. La Tª arriba a 450ºC i la pressió entre els 5 i 10 kbar. Com que no hi ha deformacions, les roques no tenen esquistositat. Cas extrem: dinamometamorfisme, a molt baixa Tª i alta P, que té lloc al voltant de fractures.
• Metamorfisme d’impacte: Té lloc quan un asteroide impacta sobre la Terra. El provoca una elevada pressió i una elevada Tª. És capaç de trencar les estructures cristal·lines dels minerals de les roques. El punt d’impacte fon la roca, sortint “boles” de vidre.

Textures i Classificació de Roques Metamòrfiques

• Els minerals metamòrfics creixen en roques en estat sòlid i han de competir amb altres minerals durant el seu creixement.
• En general, els minerals són allargats. També es troben minerals idiomorfs, com granats, turmalines i estaurolita.
• Les miques en forma de làmines, plans.
• La hornblenda en forma d’agulla.
• El quars i els feldespats poden ser irregulars i arrodonits.
• El metamorfisme, moltes vegades associat a processos de deformació, fa molt important trobar criteris per determinar l’edat relativa entre la deformació i els minerals metamòrfics.
• Si primer té lloc la deformació i després el metamorfisme, s'anomena post-cinemàtica.

Textures de Roques Metamòrfiques

• Granoblàstica: Cristalls formen un mosaic de grans més o menys equidimensionals. No és segur que presentin una orientació ordenada. Els contactes entre grans tendeixen a formar 120º en punts on s’ajunten tres d’ells (anomenats punts triples), la disposició morfològica més estable. Pròpia del marbre (Calcita de CaCO3) i la quarsita (no és gres ric en quars).
• Lepidoblàstica: Definida per minerals tabulars, orientats paral·lelament. Típica en roques amb un alt contingut en fil·losilicats, com la mica. Típica de pissarres i esquists.
• Nematoblàstica: Minerals tenen forma d’agulla. Orientats en paral·lel. Típica dels gneis.
• Porfidoblàstica: Consta d’una matriu formada per minerals de petit tamany, entre els quals apareixen altres de tamany major, anomenats porfirs.

Orientacions Minerals en Roques Metamòrfiques

• Provocades pels esforços tectònics que sofreixen les roques durant el metamorfisme.
• Esquistositat: Característica de determinades roques de dividir-se en fulles, en la direcció perpendicular a la de l'esforç que suporten. La seva aparició no implica necessàriament metamorfisme, però sí que la roca ha estat sotmesa a un esforç dirigit.
• Foliació: Es dóna quan les capes de la roca tenen composició diferent i són més irregulars que en el cas de l'esquistositat. Roques que la presenten han patit metamorfisme, provocant la recristal·lització dels seus minerals.
• Lineació: Microestructura característica de roques metamòrfiques. Presència d’estructures lineals degut a que la roca està formada per minerals en forma d’agulla.
• Microplegaments: Són deformacions de petita amplitud que es produeixen en roques amb esquistositat que tenen minerals diferents.

Efectes del Metamorfisme sobre les Roques

• Els canvis de pressió i temperatura alteren l’estructura i composició dels minerals que constitueixen les roques de diferents maneres.
• Deshidratació: L’augment de pressió i temperatura provoquen la pèrdua d’aigua present a la roca. En la primera fase es perd aigua dels porus. Si el procés continua, s’elimina l’aigua que forma part dels cristalls del mineral.
• Recristal·lització: L’augment de la temperatura permet el moviment de les partícules que formen els minerals i fan possible la formació de nous cristalls. També es pot produir com a conseqüència de reaccions químiques que transformen uns minerals en altres.
• Reorientació: La pressió dirigida que s’exerceix durant el metamorfisme provoca que els cristalls s’orientin perpendicularment a la direcció de la força que suporten.

Composició de les Roques Metamòrfiques

• Des del punt de vista de la composició, es distingeixen 4 grups de roques en els que s’inclouen totes les roques metamòrfiques.
• Sèrie ultramàfica: Procedeix de roques com peridotites i piroxenites, formades fonamentalment per olivi i piroxens. Les roques metamòrfiques a les que donen lloc són les serpentines.
• Sèrie màfica: Es forma a partir de roques com l'andesita o basalt i inclou amfibolites, esquists verds i, en condicions extremes, eclogites.
• Sèrie pelítico-grauvàquica: Es formen a partir de roques sedimentàries compostes per quars, feldespats i silicats laminars. La sèrie comença amb les argiles i, a mesura que augmenta la pressió, es formen lutites, pissarres, esquists i gneis.
• Sèrie calcosilicatada: Es formen a partir de roques carbonatades com calcàries i dolomies, que donen lloc a marbres.

Principals Roques Metamòrfiques

• Pissarra: Presenta esquistositat amb plans molt ben definits. Els seus minerals no poden considerar-se metamòrfics. El seu grau de metamorfisme és molt baix (metamorfisme regional de baix grau a partir d’argiles). Poden presentar hidrocarburs; en alguns casos s’ha intentat extreure’ls mitjançant "fracking". Consisteix en injectar aigua i productes químics a pressió a la roca, fent sortir el gas i petroli que hi pugui haver-hi. Tècnica molt discutida a nivell ambiental, ja que no es coneixen els efectes negatius com contaminació o inestabilització del terreny.
• Fil·lita: Semblant a la pissarra. Els minerals que presenta ja són clarament metamòrfics, com sericita i moscovita.
• Esquists: Formats per un metamorfisme de major intensitat que les pissarres. Roques de gra mitjà a gros. Formats per minerals apreciables a simple vista. La matèria orgànica es transforma en grafit. Es trenquen en capes amb facilitat, ja que els minerals que els formen (miques) estan disposats de manera paral·lela entre si.
• Gneis: Presenta textura nematoblàstica amb bandes de quars i feldespats i bandes d'amfíbols i miques. Es forma en condicions de metamorfisme regional intens. Poden perdre l'esquistositat. Es distingeix entre ortogneis, que prové de roques magmàtiques, i paragneis, format a partir de roques sedimentàries.
• Cornubianita: Prové d’una argila sotmesa a metamorfisme de contacte. Presenta textura granoblàstica.
• Quarsita: Prové del metamorfisme d’una sorra rica en quars (gres). Presenta textura granoblàstica.
• Marbre: Prové del metamorfisme d’una calcària. Presenta textura granoblàstica de calcita.
• Corniana: Prové d’una marga sotmesa a metamorfisme de contacte. Presenta textura granoblàstica i mineralogia molt variable. Són freqüents les riques en granats i diòpsid.
• Amfibolita: Roca metamòrfica amb foliació menys marcada que els esquists. Formada exclusivament per amfíbols. Prové del metamorfisme de roques ígnies.
• Eclogita: Roques semblants en composició a basalts i gabres. Formades per metamorfisme d’alt grau en absència d’aigua. Minerals principals són els granats i piroxens.

Metamorfisme i Tectònica de Plaques

• Les condicions que es donen en les vores constructives són de baixa pressió, temperatura no molt elevada i presència de fluids rics en minerals. En aquestes condicions, el metamorfisme que es produeix és el de fons oceànic. El procés més important és la substitució dels minerals màfics per altres estables a menor temperatura.
• En les vores destructives, els fenòmens metamòrfics són molt complexos, amb l'existència de dos cinturons de metamorfisme de diferents condicions. El cinturó més extern presenta alta pressió i temperatura relativament baixa i es localitza en la zona de contacte entre plaques. El segon cinturó és una zona de metamorfisme de contacte, d'alta temperatura i baixa pressió, produït per l’ascens de magma format durant la subducció.
• En les zones d’intraplaca i vores passives, tenim per una part metamorfisme de profunditat a les zones més baixes de l’escorça continental per efecte del pes dels sediments. Per altra part, metamorfisme de contacte, resultat de la intrusió de masses de magma. En les vores passives, trobem falles transformants que produeixen dinamometamorfisme.