Procesos metamórficos

El aspecto fundamental del metamorfismo es que ocurre en estado sólido. Si la roca llegara a fundirse, entraríamos en el ámbito del magmatismo. Podemos definir sus límites de la siguiente manera:

• Límite inferior (con la diagénesis): El metamorfismo comienza cuando las temperaturas superan los $150^\circ\text{C} - 200^\circ\text{C}$. Por debajo de este umbral, los cambios se consideran procesos sedimentarios de consolidación (diagénesis).
• Límite superior (con el magmatismo): Se alcanza cuando la temperatura y presión son tan elevadas que la roca comienza a fundirse. Este fenómeno se denomina anatexia y suele ocurrir a partir de los $700^\circ\text{C} - 800^\circ\text{C}$.

El resultado final es un ajuste mineralógico y estructural de la roca para alcanzar el equilibrio físico-químico con las nuevas condiciones del entorno.

Para que una roca se transforme, deben actuar varios agentes:

1. Temperatura: Es el factor más importante. Procede del gradiente geotérmico (aumento de unos $30^\circ\text{C}$ por cada km de profundidad) o de la proximidad de cuerpos magmáticos. Facilita las reacciones químicas al romper enlaces atómicos.
2. Presión:
   • Presión litostática: Debida al peso de las rocas suprayacentes. Es uniforme en todas las direcciones y reduce el volumen de los minerales.
   • Presión dirigida (esfuerzo): Asociada a procesos tectónicos. Genera la foliación (orientación de minerales).
3. Presencia de fluidos: El agua y el $CO_2$ atrapados en los poros actúan como catalizadores, facilitando el transporte de iones y acelerando las reacciones.
4. Tiempo: Los procesos geológicos son extremadamente lentos. Se requieren millones de años para que los cristales crezcan y se reorganicen.

Durante el metamorfismo, la roca experimenta transformaciones profundas:

• Recristalización: Aumento del tamaño de los cristales existentes (ej. el paso de caliza a mármol).
• Neocristalización: Aparición de nuevos minerales estables a partir de la degradación de los antiguos.
• Reacciones químicas: Son comunes las reacciones de deshidratación (pérdida de grupos $-OH$) y descarbonatación (pérdida de $CO_2$).
• Cambios texturales: Los minerales se deforman, rotan o se aplanan perpendicularmente a la presión máxima.

Es el tipo más común y afecta a grandes volúmenes de roca en la corteza terrestre. Se produce en bordes convergentes de placas (zonas de subducción y colisión).

• Características: Actúan simultáneamente altas presiones y altas temperaturas.
• Resultado: Genera rocas con una foliación marcada debido al intenso esfuerzo tectónico durante la orogénesis (formación de montañas).

Ocurre cuando un cuerpo de magma asciende e instruye en rocas más frías. La transferencia de calor crea una aureola metamórfica alrededor del plutón.

• Predominio: La temperatura es el factor dominante; la presión es baja.
• Rocas resultantes: Típicamente no foliadas, como las corneanas.

• Metamorfismo dinámico: Localizado en zonas de falla. La presión dirigida es extrema, triturando mecánicamente la roca para formar milonitas.
• Metamorfismo de enterramiento: Ocurre en cuencas sedimentarias profundas donde el peso de los sedimentos es el factor principal.
• Metasomatismo e hidrotermalismo: Cambio en la composición química de la roca debido a la circulación de fluidos calientes cargados de iones.
• Metamorfismo de impacto: Producido por el choque de meteoritos, generando presiones y temperaturas instantáneas altísimas (formación de coesita).

Ciertos minerales solo se forman en rangos muy estrechos de P y T, por lo que sirven para determinar las condiciones de formación de la roca.

• Silicatos de aluminio ($Al_2SiO_5$): Son el mejor ejemplo de polimorfismo. La andalucita indica baja P, la distena (cianita) alta P, y la sillimanita alta T.
• Isogradas: Líneas en un mapa que unen puntos de igual grado metamórfico, marcadas por la primera aparición de un mineral índice (como el granate o la estaurolita).
• Zonas de Barrow: Secuencia clásica de minerales (clorita → biotita → granate → estaurolita → distena → sillimanita) que indica un aumento progresivo del grado metamórfico.

Una facies es un conjunto de rocas que presentan asociaciones minerales similares, lo que indica que se formaron en las mismas condiciones de P y T, independientemente de su edad.

• Facies de esquistos verdes: Presión y temperatura bajas/moderadas.
• Facies de anfibolitas: Grado medio-alto.
• Facies de alta presión: Incluye los esquistos azules (típicos de subducción) y las eclogitas (presión extrema en el manto o corteza muy profunda).

El "grado" indica la intensidad del metamorfismo. Las series dependen del contexto tectónico:

1. Serie de baja presión (Abukuma): Gradiente térmico elevado (zonas de arco volcánico).
2. Serie de presión intermedia (Barroviense): Típica de colisión continental.
3. Serie de alta presión (Franciscan): Típica de la fosa en zonas de subducción, donde la presión sube rápido pero la temperatura se mantiene baja por la placa fría que desciende.

Se caracterizan por la orientación preferente de los minerales (especialmente filosilicatos como micas).

• Pizarrosidad: Foliación muy fina en planos paralelos; la roca se rompe en láminas perfectas (pizarras).
• Esquistosidad: Los minerales son visibles a simple vista y presentan un aspecto brillante (esquistos).
• Bandeado gneísico: Segregación de minerales claros (cuarzo, feldespato) y oscuros (biotita, anfíbol) en bandas alternas (gneis).

Se forman por metamorfismo de contacto o a partir de rocas con un solo mineral predominante.

• Granoblástica: Los cristales forman un mosaico de granos equidimensionales (mármol, cuarcita).
• Porfiroblástica: Cristales grandes (porfiroblastos) rodeados por una matriz de grano fino.

Las migmatitas representan el puente entre las rocas metamórficas e ígneas, donde la roca ha empezado a fundirse parcialmente.

Es un ambiente de bajo gradiente térmico. La placa oceánica fría se hunde rápidamente.

• En el prisma de acreción se generan altas presiones.
• La formación de esquistos azules es diagnóstica de este ambiente.
• La deshidratación de la placa que subduce libera agua que provoca la fusión parcial del manto superior, generando el arco volcánico.

Cuando dos masas continentales chocan, se produce un enorme engrosamiento cortical.

• Las rocas se entierran a decenas de kilómetros, sufriendo metamorfismo regional de tipo Barroviense.
• Si la temperatura es suficiente, ocurre la anatexia, generando granitos de colisión.
• Posteriormente, la erosión y la isostasia permiten la exhumación, trayendo estas rocas profundas de nuevo a la superficie.

• Recursos: El metamorfismo genera yacimientos de minerales industriales como el talco, el grafito (metamorfismo de carbón) y el asbesto.
• Construcción: El mármol, la pizarra y el gneis son rocas ornamentales de gran valor.
• Riesgos geológicos: La presencia de foliación (planos de debilidad) en las rocas es crítica para la estabilidad de taludes y la construcción de túneles o presas, ya que la roca tiende a deslizarse o fracturarse a lo largo de esos planos.