24 CAPíTULO Introducción a la Geología

Las rocas y el ciclo de las rocas

Las rocas son el material más común y abundante de laTierra. Para un viajero curioso, la variedad parece casi in-finita. Al examinar una roca con atención, encontramosque consta de cristales o granos más pequeños denomi-nados minerales. Los minerales son compuestos químicos(o en algunas ocasiones elementos únicos), cada uno deellos con su propia composición y sus propiedades físicas.Los granos o cristales pueden ser microscópicos o fácil-mente visibles sin ayuda de un microscopio.

La naturaleza y el aspecto de una roca están fuerte-mente influidos por los minerales que la componen. Ade-más, la textura de una roca, es decir, el tamaño, la formao la disposición de los minerales que la constituyen, tam-bién tiene un efecto significativo en su aspecto. La com-posición mineral y la textura de una roca, a su vez, son elreflejo de los procesos geológicos que la crearon.

Las características de las rocas proporcionaron a losgeólogos las pistas que necesitaban para determinar losprocesos que las formaron, lo cual es cierto para todas lasrocas. Estos análisis son esenciales para la comprensiónde nuestro planeta. Esta comprensión tiene muchas apli-caciones prácticas, como en la búsqueda de recursos mi-nerales y energéticos básicos y la solución de problemasambientales.

Tipos de rocas básicosLos geólogos dividen las rocas en tres grandes grupos: Ig-neas, sedimentarias y metamórficas. A continuación, da-

A .

mas un breve vistazo a estos tres grupos básicos. Cadagrupo está relacionado con los demás por los procesosque actúan sobre el planeta y dentro de él.

Rocas ígneas. Las rocas ígneas (ignis = fuego) se for-man cuando la roca fundida, denominada mar;ma, se en-fría y se solidifica. El magma es roca fundida que se pue-de formar a varios niveles de profundidad en el interiorde la corteza de la Tierra y el manto superior. A medidaque se enfría el magma, se van formando y creciendo locristales de varios minerales. Cuando el magma perma-nece en el interior profundo de la corteza, se enfría len-tamente durante miles de años. Esta pérdida gradual decalor permite el desarrollo de cristales relativamentegrandes antes de que toda la masa se solidifique por com-pleto. Las rocas ígneas de grano grueso que se formanmuy por debajo de la superficie se denominan plutónicas.Los núcleos de muchas montañas están constituidos porroca ígnea que se formó de esta manera. Sólo la eleva-ción y la erosión posteriores dejan expuestas estas roca~en la superficie. Un ejemplo común e importante es ep;ranito (Figura 1.8). Esta roca plutónica de grano grue·so es rica en los minerales silicatados de color claro cuar-zo y feldespato. El granito y las rocas relacionadas sorconstituyentes principales de la corteza continental.

A veces el magma se abre paso hacia la superficie dila Tierra, como durante una erupción volcánica. Dadtque se enfría con rapidez en un ambiente de superficie, ~roca fundida se solidifica muy deprisa y no hay riempsuficiente para que crezcan grandes cristales. Antes biense produce la formación simultánea de muchos cristale

B.

.•. Figura 1.8 El granito es una roca ígnea plutónica especialmente abundante en la corteza conti~ental de laTierra. A. la erosión hadescubierto esta masa de granito en el Parque Nacional Yosemite de California. B. Muestra de granito que exhibe una textura de grano

grueso. (Foto: E. J. Tarbuck.)

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Las rocas y el ciclo de las rocas 2S

pequeños. Las rocas ígneas que se forman en la superficieterrestre se denominan volcánicas y suelen ser de granofino. Un ejemplo abundante e importante es el basalto.Esta roca de color verde oscuro a negro es rica en mine-rales silicatados que contienen una cantidad significativade hierro y magnesio. Debido a su mayor contenido enhierro, el basalto es más denso que el granito. El basaltoy las rocas relacionadas constituyen la corteza oceánicaasí como muchos volcanes, tanto en el océano como enlos continentes.

Rocas sedimentarias. Los sedimento!., la materia prima delas rocas sedimentarias, se acumulan en capas eñla su-perfiCieae a Tierra. Son materiales que se forman a par-tir de rocas pr.eexiste~pffi:-~G€\8o~eteoriza-ción. Algunos de estos procesos fragmentan físicamente laroca 'en piezas más pequeñas sin modificar su composi-ción. Otros procesos de meteorización descomponen laroca, es decir, modifican químicamente los minerales enotros nuevos y en sustancias fácilmente solubles en agua.

El agua, el viento o el hielo glacial suelen transpor-tar los productos de la meteorización a lugares de sedi-mentación donde éstos forman capas relativamente pla-nas. ormalmente los se . conviert n en rocao~e litifican por u o de los dos procesos signientes. Lacompactacián_tieneJl1gar a ID 1 eso de los mate-rialessuprayacenres compri o sedimentos en masasmásdensas. La cementacián se produce conforme el aguaque~ene sustancias disueltas se filtra a través de losespaciosintergranulares del sedimento. Con el tiempo, elmaterial isuelto en agua precipita entre los granos y loscementa en una masa sólida.

Los sedimentos que se originan y son transporta-dos como partículas sólidas se denominan sedimentos de-tríticosy las rocas que éstos forman son las llamadas rocassedimentarias detríticas. Las dimensiones de las partículasson la principal base para clasificar los miembros de estacategoría. Dos ejemplos comunes son la lutita y la arenis-ca.La lutita es una roca de grano hno compuesta por par-tículas del tamaño del limo (menos de 1/256 rnm) y de laarcilla (entre 1/256 y 1/16 mm). La sedimentación de es-tos pequeños granos está asociada a ambientes «tranqui-los» como ciénagas, llanuras fluviales expuestas a inunda-ciones y porciones de las cuencas oceánicas profundas.Arenisca es el nombre dado a las rocas sedimentarias enlas que predominan granos del tamaño de la arena (entre1/16 y 2 rnm). Las areniscas se asocian con gran variedadde ambientes, entre ellos las playas y las dunas.

Las rocas sedimentarias químicas se forman cuandoel material disuelto en el agua precipita. A diferencia delas rocas sedimentarias detríticas, que se subdividen se-gún el tamaño de las partículas, la principal base paradistinguir las rocas sedimentarias químicas es su compo-

sición mineral. La caliza, la roca sedimentaria químicamás común, está compuesta principalmente por ej mine-ral calcita (carbonato de calcio, CaC03). Existen muchasvariedades de caliza (Figura 1.9). Los tipos más abun-dantes tienen un origen bioquímico, lo que significa quelos organismos que viven en el agua extraen la materiamineral disuelta y crean partes duras, como los capara-zones. Después, estas partes duras se acumulan como se-dimento.

Los geólogos calculan que las rocas sedimentariasrepresentan sólo alrededor del S por ciento (en volumen)de los 16 km externos de la Tierra. Sin embargo, su im-portancia es bastante mayor de lo que podría indicar esteporcentaje. Si tomara muestras de las rocas expuestas enla superficie, encontraría que la gran mayoría son sedi-mentarias. Por consiguiente, podemos considerar las ro-cas sedimentarias como una capa algo discontinua y rela-tivamente delgada de la porción más externa de la corteza,lo cual tiene sentido, ya que el sedimento se acumula enla superficie.

A partir de las rocas sedimentarias, los geólogos re-construyen muchos detalles de la historia de la Tierra.Dado ue los sedim~s son de ositados en muchospuntos diferentes de la superficie, las capas rocosas queac;banformando contienen-muchas pistas sobre los am-bientes de la superficie en el pasado. Tamoién pueden ex-hil)irca;acterísticas que pérrñiten a los geólogos descifrarinformación sobre cómo y desde dónde se transportó elsedimento. Además, son las rocas sedimentarias las quecontienen fósiles, que son prue as vita es en el estudioderpasa o geológICo.

.•. Figura 1.9 La caliza es una roca sedimentaria química en laque predomina el mineral calcita. Existen muchas variedades. Lacapa superior del Gran Cañón de Arizona, conocida como laFormación Kaibab, es caliza del Pérmico y su origen es marino.(Foto: E. J. Tarbuck.)

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Rocas metamórjicas. Las rocas metamórficas se ro-ducen a partir de rocas ígneas, sedimentarias o inclusootra ocas me amor caso Así, cada roca me a ' rficatiene una roca madre, la roca a artir de la ue se ha for-ma O. Metamórfico es un adjetivo adecuado porque susIgnIficado literal es «cambiar la forma». La ma oría decambios tienen lu ar a tem eraturas y presiones elevadasque se an en la profundidad de la corteza terr~stre y elmanto superior.

os procesos que crean las rocas metamórficas amenudo progresan de una manera incremental, desdecambios ligeros' (metamorfismo de grado bajo) hastacambios sustanciales (metamorfismo de grado alto). Porejemplo, durante el metamorfismo de grado bajo, la rocasedimentaria común lutita se convierte en una roca me-tamórfica más compacta denominada pizarra. En cam-bio, el metamorfismo de grado alto provoca una trans-formación tan completa que no se puede determinar laidentidad de la roca madre. Además, cuando las rocas si-tuadas a una profundidad (a la que las temperaturas sonelevadas) están sujetas a una presión dirigida, se defor-man de una manera gradual y generan pliegues compli-cados. En los ambientes metamórficos más extremos, lastemperaturas se aproximan a las temperaturas de fusiónde las rocas. o obstante, durante elmetamorfiS11lo la rocadebe ermanecer esencialmente sólid , ya que, si se fundepor completo, entramos ~l ámbito de la actividad íg-nea.

La mayor parte del metamorfismo sucede en unode estos tres ambientes:

1.

A.

aumento de la temperatura dentro de la rocahuésped que rodea una intrusión ígnea.

2. ElmetamorfiS11lo bidrotermal implica ~eracionesquímicas .9..ue se yroducen c~do el agua ca-liente rica en iones circula a través de las fractu-ra~ e a roca. Este tipo de metamorfismo sueleasociarse con la actividad ígnea que proporcionael calor necesario para provocar reacciones quí-micas y hacer que estos fluidos circulen a travésde la roca.

3. Durante la formación de las montañas, grandescantn a es e rocas enterra as a una gran pro-fundidad están su'etas alas ¡;resiones dirigidas ya las tem eraturas eleva as asociadas con la de-formación a gran escala denominada metamor-fiS11l0regional.

El grado de metamorfismo se refleja en la textura de laroca y la composición mineral. Durante el metamorfismoregional, los cristales de algunos minerales recristalizaráncon una orientación perpendicular a la dirección de lafuerza compresiva. La alineación mineral resultante amenudo da a la roca una textura en láminas o en bandasllamada foliación. El esquisto y el gneis son dos ejemplos derocas foliadas (Figura 1.1 OA).

o todas las rocas metamórficas presentan unatextura foliada. Se dice que estas rocas son no [aliadas.Las rocas metamórficas compuestas sólo por un mine-ral que forma cristales equidimensionales no son, porregla general, visiblemente foliadas. Por ejemplo, la ca-liza, si es pura, está compuesta por un solo mineral, lacalcita. Cuando una caliza de grano fino experimentametamorfismo, los pequeños cristales de calcita se com-binan y forman cristales entrelazados más grandes. La

B.

.•. Figura 1.10 Rocas metamórficas comunes. A: El gneis a menudo presenta bandas y con frecuencia tiene una composición mineral simila la del granito. B. El márrnoles una roca de grano grueso, cristalina, no foliada, cuya roca madre es la caliza. (Fotos: E. J. Tarbuck.)

roca

eralsimilar

Las rocas y el ciclo de las rocas 27

roca resultante es similar a una roca ígnea de grano grue-so. Este equivalente metamórfico no foliado de la cali-za se denomina mármol (Figura 1.10B).

En todos los continentes afloran áreas extensasde rocas metamórficas. Estas rocas son un componenteimportante de muchos cinturones montañosos, dondeconstituyen una gran porción del núcleo cristalino delasmontañas. Incluso debajo de los interiores continen-talesestables, que en general están cubiertos por rocassedimentarias, hay basamentos de rocas metamórficas.Entodos estos ambientes, las rocas metamórficas suelenestarmuy deformadas y contienen grandes intrusionesdemasasígneas. De hecho, partes importantes de la cor-

Meteorización,transporte

y sedimentación

Enfriamientoy solidificación(cristalización)

teza continental de la Tierra están compuestas por ro-cas metamórficas y rocas ígneas asociadas.

El ciclo de las rocas:uno de los subsistemas de la TierraLa Tierra es un sistema. Esto significa que nuestro pla-neta está formado por muchas partes interactuantes queforman un todo complejo. En ningún otro lugar se ilus-tra mejor esta idea que al examinar el ciclo de las rocas(Figura 1.11). El ciclo de las rocas nos permite examinarmuchas de las interrelaciones entre las diferentes partesdel sistema Tierra. Nos ayuda a entender el origen de las

Ascenso,meteorización,

transportey sedimentación

Cementacióny compactación

(Iitificación)

Ascenso,meteorización,

transportey

sedimentación

Rocasedimentaria

Calory presión

& Figura 1.11 Consideradas a lo largo de espacios temporales muy prolongados, las rocas están en constante formación, cambio yreformación.Elciclo de las rocas nos ayuda a entender el origen de los tres grupos básicos de rocas. Las flechas representan los procesos queenlazancada grupo con los demás.

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rocas ígneas, sedimentarias y metamórficas, y a ver quecada tipo está vinculado a los otros por los procesos queactúan sobre y dentro del planeta. Aprender bien el ciclode las rocas permite examinar sus interrelaciones con ma-yor detalle a lo largo de este libro.

Ciclo básico. Empecemos en la parte inferior de la Figu-ra 1.11. El magma es la roca fundida que se forma a unagran profundidad por debajo de la superficie de la Tierra.Con el tiempo, el magma se enfría y se solidifica. Esteproceso, denominado cristalización, puede ocurrir debajode la superficie terrestre o, después de una erupción vol-cánica, en la superficie. En cualquiera de las dos situacio-nes, las rocas resultantes se denominan rocas ígneas.

Si las rocas ígneas afloran en la superficie experi-mentarán meteorización, en la cual la acción de la atmós-fera desintegra y descompone lentamente las rocas. Losmateriales resultantes pueden ser desplazados pendienteabajo por la gravedad antes de ser captados y transporta-dos por algún agente erosivo como las aguas superficia-les, los glaciares, el viento o las olas. Por fin, estas partí-culas y sustancias disueltas, denominadas sedimentos, sondepositadas. Aunque la mayoría de los sedimentos acaballegando al océano, otras zonas de acumulación son lasllanuras de inundación de los ríos, los desiertos, los pan-tanos y las dunas.

A continuación, los sedimentos experimentan liti-ficación, un término que significa «conversión en roca».El sedimento suele litificarse dando lugar a una roca sedi-mentaria cuando es compactado por el peso de las capassuprayacentes o cuando es cementado conforme el aguasubterránea de infiltración llena los poros con materiamineral.

Si la roca sedimentaria resultante se entierra pro-fundamente dentro de la tierra e interviene en la dinámi-ca de formación de montañas, o si es intruida por unamasa de magma, estará sometida a grandes presiones o a

un calor intenso, o a ambas cosas. La roca sedimentariareaccionará ante el ambiente cambiante y se convertiráen un tercer tipo de roca, una roca metamórjica. Cuando laroca metamórfica es sometida a cambios de presión adi-cionales o a temperaturas aún mayores, se fundirá, crean-do un magma, que acabará cristalizando en rocas ígneas.

Los procesos impulsados por el calor desde el in-terior de la Tierra son responsables de la creación de lasrocas ígneas y metamórficas. La meteorización y la ero-sión, procesos externos alimentados por una combina-ción de energía procedente del Sol y la gravedad, pro-ducen el sedimento a partir del cual se forman las rocassedimentarias.

Caminos alternativos. Las vías mostradas en el ciclo bá-sico no son las únicas posibles. Al contrario, es exacta-mente igual de probable que puedan seguirse otras víasdistintas de las descritas en la sección precedente. Esas al-ternativas se indican mediante las líneas azules en la Fi-gura 1.1l.

Las rocas ígneas, en vez de ser expuestas a la mete-orización y a la erosión en la superficie terrestre, puedenpermanecer enterradas profundamente. Esas masas pue-den acabar siendo sometidas a fuertes fuerzas de compre-sión y a temperaturas elevadas asociadas con la formaciónde montañas. Cuando esto ocurre, se transforman direc-tamente en rocas metamórficas.

Las rocas metamórficas y sedimentarias, así comolos sedimentos, no siempre permanecen enterrados. An-tes bien, las capas superiores pueden ser eliminadas, de-jando expuestas las rocas que antes estaban enterradas.Cuando esto ocurre, los materiales son meteorizados yconvertidos en nueva materia prima para las rocas sedi-mentarias.

Las rocas pueden parecer masas invariables, pero elciclo de las rocas demuestra que no es así, Los cambios, sinembargo, requieren tiempo; grandes cantidades de tiempo.

Resumen

• Geología significa «el estudio de la Tierra». Las dos am-plias ramas de la Geología son: (1) la Geología física, queexamina los materiales que componen la Tierra y losprocesos que actúan debajo y encima de su superficie; y(2) la Geología histórica, que intenta comprender el ori-gen de la Tierra y su desarrollo a lo largo del tiempo.

• La relación entre las personas y el medio ambiente esun objetivo importante de la Geología y abarca los

riesgos naturales, los recursos y la influencia humanaen los procesos geológicos.

• Durante los siglos xvn y XVIII, el catastrofismo influyóen la formulación de explicaciones sobre la Tierra.El catastrofismo establece que los paisajes terrestresse han desarrollado fundamentalmente debido agrandes catástrofes. Por el contrario, el uniformismo;uno de los principios fundamentales de la Geología