En el último número de Wat On Earth traté la clasificación de las rocas ígneas (o formadas por el fuego). En este número me gustaría explorar el tema de las rocas sedimentarias. Esta es la segunda gran familia de rocas y son de interés para los seres humanos porque han proporcionado muchas herramientas en el pasado y hoy nos dan la mayoría de los recursos agregados, además de proporcionar (o albergar) muchos de nuestros minerales energéticos, y ciertos minerales esenciales de gran importancia económica. Las rocas sedimentarias también son importantes porque albergan el registro fósil de la vida en el planeta Tierra.
Como su nombre indica, las rocas sedimentarias se derivan de sedimentos preexistentes. En dos números anteriores de WAT ON EARTH describí el ciclo de las rocas; cómo las rocas se descomponen a partir de rocas aún más antiguas mediante la meteorización y la erosión. Los granos liberados son llevados o transportados por diversos mecanismos a un lugar donde se acumulan en secuencias de sedimentos. Hay muchos lugares de reposo transitorios, pero en última instancia la mayoría de los sedimentos acaban en un entorno de depósito marino. Por lo tanto, las rocas sedimentarias pueden estar compuestas por granos de diversos tamaños, formas y composiciones que han sido cementados o comprimidos y recristalizados. Son las rocas sedimentarias clásticas. Otras rocas sedimentarias pueden formarse a partir de depósitos segregados por soluciones químicas (precipitados químicos), o de depósitos formados por restos de organismos muertos (tanto animales como vegetales). Este último grupo forma rocas sedimentarias de origen mayoritariamente biológico. El cambio postdeposicional de sedimento a roca sedimentaria se denomina diagénesis, y el resultado final suele ser la litificación, donde el antiguo sedimento no consolidado se convierte en roca. Hay dos procesos comunes: la compactación (en la que los sedimentos se comprimen y el agua es expulsada de los espacios porosos entre los granos) y la cementación. La cementación consiste en que ciertos minerales (por ejemplo, la calcita, los óxidos de hierro y la sílice) son arrastrados por las aguas subterráneas que se filtran a los espacios porosos. Aquí precipitan y acaban por cementar los granos.
Al igual que en el último ejemplar de Wat On Earth, la página central de este número está dedicada a una ilustración de muchos de estos diferentes tipos de roca. La página de al lado ilustra varias características asociadas a las rocas sedimentarias.
En el sentido de las agujas del reloj alrededor de la página: arriba a la izquierda – fotografía de un grupo de estudiantes de Waterloo examinando una sección de lechos carboníferos en Mullaghmore Head, en el norte de Irlanda. La sección está formada por una alternancia de areniscas, limolitas y esquistos. Las lutitas más blandas se han erosionado más fácilmente, mientras que las areniscas destacan como lechos resistentes. Arriba a la derecha, el diagrama ilustra la posición de las rocas sedimentarias (2) en el ciclo de las rocas. Obsérvese que hay una entrada desde el espacio que se suma, sobre todo, a los sedimentos marinos. Inmediatamente debajo del diagrama del ciclo de las rocas hay un gráfico que ilustra la clasificación de Wentworth en términos de tamaño de grano y cómo los sedimentos forman diferentes rocas sedimentarias clásticas. Compare este gráfico con las dos primeras columnas (Sedimentos y Rocas) que componen la parte de «Rocas clásticas» del diagrama central. El tercer diagrama, el más bajo, ilustra algunas de las rocas sedimentarias más importantes que son de origen químico o biológico. La mayoría de ellas también se ilustran en la página central. La fotografía inferior ilustra el Arco Delicado en el Monumento Nacional de los Arcos, en Utah. Esta estructura de 26 m de alto por 20 m de ancho está formada por arenisca de entrada de edad jurásica superior. El rasgo se ha producido por la erosión de «aletas» del lecho rocoso local que han sido cortadas por la acción del viento y las heladas. Inmediatamente arriba hay una vista de la garganta del Niágara, donde el agua del lago Erie cae sobre el borde de la dolomía silúrica de Lockport en la escarpa del Niágara. Cada una de las fotografías ilustra la geomorfología asociada a formaciones sedimentarias de diversas edades.
Página de pliegue central: Entender las rocas sedimentarias es bastante sencillo ya que se relacionan con materiales que vemos a diario. En la parte superior hay una vista panorámica de una de las exposiciones de roca sedimentaria más espectaculares del mundo, en los niveles superiores del Gran Cañón. Prácticamente todas las rocas que se ven son areniscas, calizas y pizarras horizontales depositadas a lo largo de unos 250 millones de años en los mares de la Era Paleozoica. Estos mismos mares fueron ocupados en otros lugares por los trilobites gigantes ilustrados en otro artículo de este número.
Desplazándose hacia abajo en la página central, he tratado de ilustrar la mayoría de los tipos de roca comunes. Algunos son más «exóticos» pero también son importantes. El cuadro está dividido en tres secciones que se refieren a las rocas sedimentarias clásticas, precipitadas químicamente y biológicas. El bloque de la izquierda consta de una doble columna. La primera columna ilustra ejemplos del tipo de sedimento (remítase al diagrama 2 de la página anterior), y la segunda columna a su equivalente litificado. Los clastos angulares (fragmentos de roca) suelen proceder de la fragmentación por heladas. Los fragmentos no han viajado mucho y suelen desplazarse por gravedad, desprendiéndose de las montañas para acumularse en forma de montones de canchales o conos de talud en el fondo de las laderas. Sus homólogos se encuentran en el tipo de roca conocido como brecha. Cuando intervienen los agentes de la erosión y se produce el transporte, especialmente por el agua, los clastos angulares se desgastan y forman cantos rodados o guijarros. El equivalente en roca se conoce como conglomerado. El transporte a larga distancia reduce gradualmente el tamaño de los clastos a través de gránulos a partículas del tamaño de la arena. El equivalente en roca es la arenisca. Estas suelen estar cementadas por diferentes minerales, calcita, óxidos de hierro o sílice. La arenisca adquiere entonces un descriptor secundario, como «arenisca calcárea», o «arenisca ferruginosa». Una arenisca se compone normalmente de granos de sílice. Cuando estos granos están cementados por sílice se le da un nombre diferente: cuarcita (véase la imagen a la derecha de la arenisca). Un tipo de roca que no se ilustra es la arcaica, una arenisca con más de un 25% de feldespato. Estas rocas suelen formarse en ambientes montañosos, relativamente secos. Seco, porque los clastos no se han deteriorado demasiado (en condiciones de calor y humedad, el feldespato suele erosionarse fácilmente). La naturaleza angular de los granos indica que el transporte no ha sido tan importante.
Sin embargo, si el sedimento sigue siendo transportado el tamaño de los granos se reduce aún más y se forma el limo. El tamaño de las partículas alcanza ahora el punto en el que pueden ser fácilmente transportadas por el viento además de por el agua. El sedimento transportado por el viento que se acumula como loess entra en esta categoría. El tipo de roca conocido como limolita, está formado por cuarzo muy fino, mica y otros minerales diversos, y es el equivalente litificado del limo. Por último, la fracción más fina del rango de tamaño de los clastos es la arcilla. Estos fragmentos son tan diminutos que permanecen en suspensión durante mucho tiempo, y normalmente sólo se asientan después de haberse unido para formar partículas más grandes. Cuando se acumulan, el tipo de roca litificada se conoce como esquisto. Los equivalentes altamente orgánicos pueden formar pizarras muy negras con olores distintivos «aceitosos» o «petrolíferos», ya que son muy ricos en carbono y compuestos aromáticos. Forman pizarras fosilíferas y «petrolíferas», que podrían ser futuras fuentes de petróleo.
El segundo bloque de doble columna ilustra rocas que se forman por depósitos químicos. Este tipo de rocas se forman cuando el material es transportado en solución al lugar, generalmente una cuenca marina o un lago en una zona desértica, donde el agua se está evaporando. Las soluciones de ciertos iones se precipitan y forman rocas ricas en calcio, magnesio, sílice, sodio y (más en el pasado) hierro. Se ilustran algunos de ellos, empezando por los precipitados ricos en calcio. Las calizas son un ejemplo importante. Todas las calizas se agitan fácilmente cuando se aplica ácido clorhídrico diluido (solución al 10%), ya que el ácido reacciona con el carbonato cálcico. El ejemplo mostrado es una caliza gris de grano fino con vetas blancas de calcita que la atraviesan. En aguas tropicales cálidas, el abundante calcio en solución en el agua de mar sometida a fuertes movimientos de corriente puede precipitarse alrededor de diminutos fragmentos de conchas. Estos pueden formar calizas oolíticas, cuando los pequeños granos de carbonato cálcico tienen capas de calcita depositadas de forma concéntrica alrededor de un núcleo.
La dolostona, una roca formada por calcio y magnesio, está estrechamente relacionada con la caliza, generalmente con el magnesio del agua de mar que sustituye gran parte del contenido original de calcio de una caliza preexistente. La reacción ácida es más lenta. Las dolostones pueden verse cerca de Waterloo en ciertas secuencias rocosas a lo largo del afloramiento de la Escarpa del Niágara. El travertino y la toba (reacción ácida fuerte) son rocas precipitadas químicamente formadas por carbonato de calcio. El travertino suele ser denso y con bandas, mientras que la toba es más esponjosa. El travertino (en forma de espeleotemas) es más frecuente en los depósitos de las cuevas, sobre todo en las espectaculares formaciones conocidas como dripstone, flowstone, estalactitas, estalagmitas, helictitas y columnas.
Dentro de las calizas y dolostones se pueden ver frecuentemente capas o nódulos compuestos de sílice. Se trata de capas de chert o, en el caso de la creta, de sílex. Los sílex se han utilizado desde el Paleolítico, con lugares bien conocidos de producción en masa de puntas de lanza, raspadores, puntas de flecha y kits de herramientas descritos en la literatura arqueológica del este de Inglaterra. También se utilizaron hasta hace poco en las armas de fuego (rifles de pedernal) y en la construcción de edificios donde este tipo de roca es común. Los cherts procedentes de lechos de caliza y dolomía a lo largo de la escarpa del Niágara fueron utilizados por los cazadores paleoindios de caribúes, mastodontes y mamuts en el suroeste de Ontario. Tanto los sílex como los pedernales suelen ser de color gris (aunque pueden ir desde el blanco hasta el negro o incluso el rojo) y se dividen con una fractura uniforme o ligeramente concoidea. Lo único que tienen en común es que pueden ser moldeados por hábiles fabricantes de herramientas y conservan un borde increíblemente afilado durante mucho tiempo.
El yeso es un precipitado químico (sulfato de calcio hidratado) que se encuentra frecuentemente en los lechos de marga, un tipo de roca rica en calcio y dominada por la arcilla. Los lechos de margas que contienen yeso y sal gema se depositaron originalmente en zonas con alta evaporación que fueron inundadas por aguas marinas. Estas zonas pueden verse hoy en día a lo largo de partes del Golfo Pérsico subtropical. La sal gema (compuesta casi en su totalidad por cloruro de sodio) es un importante mineral económico. En Ontario se encuentra en los alrededores de Windsor y hacia el norte hasta Goderich (véase WAT ON EARTH 14 (2) Primavera 2001). También se encuentran depósitos de sal en las provincias marítimas y en el oeste de Canadá. Las secuencias salinas del oeste de Canadá están dominadas por otra sal económicamente importante, de color rojo y blanco, rica en potasio, conocida como silvita. El último tipo de roca ilustrado en este grupo es la ironstone sedimentaria de bandas rojas y grises, común en la región que rodea el alto Lago Superior. Existe una amplia literatura asociada a estos depósitos (Blatt et al., 1980), pero en general son de edad precámbrica y suelen tener entre 2600 y 1800 millones de años. Algunos son considerablemente más antiguos y unos pocos depósitos pequeños son más jóvenes. Se caracterizan por la alternancia de bandas finas y gruesas de jaspe (chert rojo) y capas de hierro ricas en magnetita y hematita. También pueden alternar otras formas de hierro con los horizontes de cherty. Se trata de rocas de importancia económica y son la fuente de los principales depósitos de hierro a ambos lados de la frontera entre Canadá y Estados Unidos.
El tercer bloque de imágenes comprende rocas sedimentarias comunes que tienen un fuerte componente biológico. Como mencioné al hablar de las rocas ígneas, la naturaleza aborrece ser «compartimentada» y algunas de estas «cajas» transgreden los límites. Sin embargo, el agua de mar contiene grandes cantidades de carbonato cálcico que no sólo precipita para formar las rocas sedimentarias químicas, sino que también es utilizado por los organismos que construyen conchas de carbonato. Cuando mueren, las conchas pueden formar enormes depósitos de detritos de concha que a menudo se conservan como «caliza gelatinosa». Esto se puede ver hoy en día en forma de coquina (formada casi en su totalidad por válvulas completas o rotas del pelecípodos marino de aguas poco profundas, Coquina). En el pasado, las almejas no eran tan comunes como ahora. La ilustración de la «Caliza Shelly» muestra braquiópodos en un depósito de barro carbonatado del Devónico de la región de Arkona, en el suroeste de Ontario. Las calizas crinoidales (no ilustradas), están compuestas por fragmentos de los tallos de los crinoideos (Echinodermata) y forman bandas de shelly-detritus en ciertas rocas de la Escarpa del Niágara. El coral, compuesto por los restos de incontables trillones de pólipos que segregan carbonato, forma depósitos masivos en la actualidad, como en la Gran Barrera de Coral, y también en un pasado geológico más lejano. Muchos de los objetivos de perforación en busca de petróleo y gas natural en el sur de Ontario (y en otros lugares) se dirigen a pequeños parches de arrecifes de corales y comunidades de algas, donde la porosidad dentro y entre los organismos fósiles ha permitido la acumulación de estos minerales energéticos. La tiza es una caliza especialmente pura, y el ácido clorhídrico diluido aplicado a este tipo de roca produce una reacción extremadamente vigorosa. La tiza se formó originalmente como exudado del fondo marino, y se compone de los restos de billones de organismos foraminíferos conocidos como cocolitos. Junto a la imagen de la tiza se ofrecen imágenes de escaneo electrónico, en las que el organismo central, de color crema, constituye un ejemplo del moderno foraminífero calcáreo llamado Globigerina.
El siguiente bloque de cuatro imágenes (de turba a antracita) ilustra otro mineral energético: el carbón. El carbón es el resultado de la acumulación de vegetación en condiciones anaeróbicas. El detritus se forma en pantanos o lagunas y crea un lecho orgánico de turba saturado de agua. Con el tiempo y la compactación de los sedimentos superpuestos, la turba pierde agua y otros volátiles. El contenido de humedad disminuye, el contenido de carbono aumenta y la turba se convierte en lignito. Se trata de carbones de baja calidad, a menudo con alto contenido en azufre, no aptos para el transporte a larga distancia y sujetos a la combustión espontánea. Forman los tipos de carbón que se encuentran en el sureste de Saskatchewan y muchos de los carbones del este de Alemania. Con una mayor compactación y tensión, el contenido de carbono sigue aumentando, se pierden más volátiles, aumenta la producción potencial de energía y se forma un carbón entre apagado y brillante conocido como carbón bituminoso. Se trata de un excelente carbón para generar vapor y fue el carbón dominante que impulsó el primer siglo de la Revolución Industrial en Gran Bretaña. Las provincias del oeste de Canadá y las antiguas zonas mineras de Nuevo Brunswick y Nueva Escocia extraen carbón bituminoso. Normalmente se utiliza para la alimentación metalúrgica y se emplea en la producción de energía eléctrica. El último estadio del carbón como mineral energético es la antracita, un carbón duro y brillante que es difícil de quemar si no se tritura. Este carbón se extrae en Pensilvania y se utiliza en la producción de energía eléctrica como alimento cuando se mezcla con carbón bituminoso. Los cambios que acompañan a la pérdida de volátiles, el aumento del carbono y el incremento de la producción de calor se describen como un cambio en el rango del carbón.
Las dos últimas imágenes ilustran rocas de esquisto que tienen un alto contenido orgánico pero que no se definen como carbones. Los esquistos fosilíferos pueden contener abundantes fósiles (especialmente materiales vegetales, pero pueden contener otros, como ammonites). Los esquistos bituminosos (como los que se encuentran en un cinturón desde Bowmanville, al este de Toronto, hasta la región de Collingwood, cerca de Owen Sound, Ontario) contienen abundantes fósiles de trilobites y otros animales del Ordovícico. Dichos depósitos, aunque no necesariamente de la misma edad, se encuentran en muchas partes del mundo y pueden proporcionar futuras fuentes de energía o de alimentación petroquímica.
La página que sigue al desplegable central contiene ilustraciones de varios de los temas mencionados en las descripciones de las rocas sedimentarias anteriores.
Fila superior, de izquierda a derecha. Todos son ejemplos de sílice depositada químicamente: Hacha de mano hecha de sílex, Swanscombe, Kent, Reino Unido; Nódulo de sílex (concreción blanca nudosa) erosionado a partir de una matriz de tiza más blanda; Tres puntas de sílex de tipo Clovis del yacimiento de Brophey, cerca de Parkhill, Ontario. La mayor tiene 10 cm de longitud.
Fila del centro, de izquierda a derecha: Una gran estalagmita (nótese que «g» crece desde el suelo) compuesta de piedra de goteo (depósitos de carbonato de calcio precipitados químicamente); estalactita (nótese que «c» crece desde el techo de una cueva), con agua cargada de calcio que atrae la luz y está a punto de gotear desde la punta; una forma peculiar y contorsionada de piedra de goteo conocida como helictita, también hecha de carbonato de calcio. ¡Obsérvese que en algunas partes incluso crece hacia arriba!
Fila inferior, de izquierda a derecha; vug (cavidad) con cuarzo que recubre el centro del vacío en la caliza; algunas concreciones muy grandes químicamente precipitadas en Moeraki, Isla del Sur, NZ; dendritas parecidas al musgo. Estos son precipitados de manganeso en una piedra caliza, y no tienen conexión con crecimientos orgánicos.
Alan V. Morgan
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