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MASTER DE PROFESOR DE EDUCACIÓN SECUNDARIA
OBLIGATORIA Y BACHILLERATO, FORMACIÓN
PROFESIONAL Y ENSEÑANZAS DE IDIOMAS
Ángel Carmelo Prieto Colorado
Física de la Materia Condensada, Cristalografía y Mineralogía
Facultad de Ciencias
Universidad de Valladolid
Complementos de Geología
Tema 4. Materiales y procesos geológicos
Definición, estructura y propiedades de la materia
cristalina
Descriptiva y clasificación de mineral
Texturas y clasificación de las rocas
Magmatismo: rocas ígneas
Sedimentación: rocas sedimentarias
Metamorfismo: rocas metamórficas
Clasificación e información que aportan los
fósiles
Magmatismo: rocas ígneas
©A. Carmelo Prieto Colorado
Las rocas igneas son producidas por solidificación
de un material fundido o parcialmente fundido ,
denominado magma, -generalmente silicatado- que
resulta de la fusión de rocas profundas en el manto
o la corteza terrestres. Cuando estos líquidos
silicatados se solidifican por enfriamiento, forman
rocas ígneas.
La composición del magma y la velocidad de
enfriamiento determinan la naturaleza mineral y
características texturales de las rocas ígneas. Entre
estas características están la forma de los granos
minerales y su tamaño.
El color es esencialmente el resultado de la
abundancia relativa de los distintos minerales que
conforman estas rocas.
©A. Carmelo Prieto Colorado
Dos grandes grupos: plutónicas y volcánicas.
Los magmas generados en profundidad asciende hacia
niveles superficiales como d iapiros o siguiendo
discontinuidades mecánicas de la litosfera como
fracturas.
Al ascender, el magma se enfría, aumentando su
viscosidad y reduciendo por tanto su capacidad de
fluir y ascender.
Eventualmente, detiene su ascenso y se emplaza a una
determinada profundidad, formando un pequeño
cuerpo de magma (cámara magmática). Sucesivas
recargas de magma profundo aumentan el tamaño de
estas cámaras magmáticas.
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El enfriamiento lento pero continuo de este magma
permite la cristalización de distintos minerales que
precipitan del líquido silicatado, formando cristales
minerales en suspensión, lo que hace que aumente la
viscosidad.
Cuando se alcanza temperaturas en torno a 650ºC la
mayor parte del líquido ha cristalizado, llegando
incluso a cristalizar totalmente y forma una roca
ígnea plutónica, a temperaturas inferiores a 600ºC.
Como en este caso, el magma solidifica bajo la
superficie de la Tierra, también se denominan rocas
intrusivas. Si la intrusión es profunda (>3 km) se
pueden denominar rocas intrusivas plutónicas. Si la
intrusión es más somera (<2-3 km) se denominan rocas
intrusivas subvolcánicas. ©A. Carmelo Prieto Colorado
La naturaleza de las asociaciones de minerales que
precipitan dependen de la composición del líquido
magmático.
Cuando éste es rico en Si, Al, Na y K y pobre en Fe, Mg
y Ca, las asociaciones de minerales están dominadas
por cuarzo, plagioclasa sódica y feldespato alcalino
(+/-micas, anfibol, y minerales accesorios como
ilmenita, circón etc), formándose rocas ígneas ácidas,
de color claro (como el granito).
Cuando el líquido es más pobre en Si, Al, Na y K y rico
en Fe, Mg y Ca, las asociaciones minerales están
dominadas por plagioclasa cálcica, clinopiroxeno,
ortopiroxeno y olivino, dando lugar a rocas ígneas
básicas de color oscuro (como el gabro).
©A. Carmelo Prieto Colorado
Eventualmente, los cristales en suspensión pueden
d e ca nt ar s e, s i la v i s co s i d ad d e l m ag m a e s
relativamente baja y la densidad de los cristales
r e l at i va m e n t e alt a , f o r m a n d o a c u m u l a c i o n e s
horizontales (bandas) que definen una "estratificación"
de origen magmático. Estas acumulaciones forman
complejos ígneos bandeados.
Este proceso de decantamiento hace que el líquido se
separe de los cristales, acumulándose en las partes
superiores de las cámaras magmáticas, lo que a su vez
permite el inicio del proceso de cristalización a partir
de un líquido distinto del original.
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Dado que según precipitan minerales, el líquido
residual tiene una composición química distinta de la
del líquido original (el originado en zonas profundas
y emplazado en el cuerpo plutónico), las rocas que se
forman por cristalización de estos líquidos residuales
son distintas de las que se forman del líquido
original.
Esto supone que los procesos que ocurren en el magma
en condiciones plutónicas dan lugar a distintas rocas,
lo que se conoce como diferenciación magmática.
Los procesos son muy variados, desde fraccionación
gravitacional, mezcla de magmas, asimilación de rocas
del entorno, etc.
©A. Carmelo Prieto Colorado
A veces, los cristales adquieren un tamaño muy grande,
formando las denominadas pegmatitas. Estas rocas se
fo r m a n e n lo s e s tad i o s f i n ale s d e e v o lu c i ó n
magmática profunda, cuando el líquido silicatado
residual es escaso y está enriquecido en componentes
volátiles (sobre todo H2O).
Si este líquido se segrega, forma embolsamientos de
magma relativam ente f río e h i dratado que, al
cristalizar (temperaturas cercanas a 600 ºC), forma
grandes cristales como resultado del efecto positivo
que tiene el H2O sobre el movimiento (difusión) de los
elementos y compuestos que se agregan para formar
los minerales. Los minerales (cuarzo, feldespatos,
micas, turmalina, etc) son muy vistosos, desarrollando
hábitos cristalinos (euhedrales).
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Al cristalizar los últimos restos de líquidos residuales
a temperaturas cercanas a 600 ºC, queda un último
residuo muy volátil y rico en H2O denominado fluido
hidrotermal.
Este fluido acuoso (aunque desde el punto de vista
físico no es líquido -agua-, ni gaseoso -vapor de
ag u a - , s i no u n f l u i d o s u p e r cr í t i co q u e t i e n e
propiedades físicas intermedias entre ambos y migra
con facilidad, particularmente siguiendo fracturas en
las rocas y forma rocas filonianas hidrotermales
(filones de cuarzo) comúnmente mineralizadas con
minerales de interés económico (yacimientos minerales
de origen hidrotermal).
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El magma generado en profundidad, o el magma
almacenado o diferenciado en una cámara magmática
plutónica, puede ascender hasta la superficie de la
Tierra, ya sea porque es poco viscoso, porque es
sometido a presión, o porque encuentra caminos
apropiados (fracturas del terreno).
Al salir al exterior, se forman coladas de lava que al
solidificar en la superficie de la Tierra produce rocas
extrusivas o volcánicas, como el basalto.
El rápido enfriamiento de la lava condiciona el poco
tiempo que los minerales tienen para cristalizar de la
lava, por lo que los pocos granos minerales que pueden
formase en estas condiciones serán de tamaño muy
pequeno o fino.
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El resto de la lava que no alcanza a cristalizar forma
vidrio volcánico amorfo. Cuando las rocas volcánicas
e s t á n fo r m ad a s exc l u s i vam e nt e p o r v i d r i o s e
denominan obsidiana (similar al vidrio, aunque de
modo general, no son rocas incoloras).
Cuando se forman estas rocas volcánicas, se exsuelven
los componentes volátiles diluidos en el líquido
silicatado, formando características burbujas (vacuolas)
que suelen estar vacías, como en la piedra pómez.
En ocasiones, las vacuolas se rellenan por minerales
secundarios formados por precipitación a partir de
soluciones acuosas (generalmente hidrotermales) que
fluyen a veces por entre estas rocas con posterioridad
a la solidificación de la lava.
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Rocas igneas dentro del ciclo de las rocas
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Cámaras magmáticas
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Volcanes y tipos de volcanes
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Coladas de lava basáltica
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Lavas cordadas y vidrio volcánico
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Disyunción columnar en basaltos
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Diques
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Chimenea volcánica
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Cuerpos plutónicos
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Las Series de reacción de Bowen, permiten explicar
la diversidad de rocas ígneas (diferenciación) por
cristalización fraccionada de mezclas fundidas de
silicatos. Postula dos secuencias de minerales, que
consideraba como el orden normal de cristalización
en el enfriamiento de un fundido.
T
Series de Bowen
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Ta m b i é n p r o p o n e q u e s i u n m i n e r a l q u e
normalmente se forma en etapas tempranas de
cristalización, persiste en una etapa posterior, es
porque se produce una reacción entre la porción
todavía líquida del fundido y el cristal, y da lugar
a un nuevo mineral como fase estable en las
condiciones actuales.
Las dos ser ies de reacción que sug ir ió so n,
respectivamente, las denominadas discontinua y
continua, las cuales son independientes entre sí,
excepto a bajas temperaturas.
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Clasificación
Para clasificar una roca ígnea se utilizan diagramas
ternarios en los que se representan los contenidos o
abundancia de los minerale s pr imar ios y la
abundancia de los elementos químicos.
La abundancia (en volumen) de un mineral en una
roca se denomina abundancia modal.
La moda de una roca es, por tanto, la abundancia
volumétrica de sus minerales constituyentes en
tantos por cien del volumen (%vol).
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Los minerales se clasifican en:
Minerales primarios (o singenéticos, for mados
durante procesos magmáticos).
Pirogenéticos: Formados directamente a partir del
fundido magmático.
Min erale s de reacción: Se fo r man p o r la s
reacciones de los minerales pirogenéticos con el
fundido residual.
Minerales xenógenos: formados al asimilarse
fragmentos de rocas encajantes en el magma.
Minerales secundarios
Postmagmáticos: Minerales formados en procesos
hidrotermales, metasomáticos o metamórficos que
afecten la roca.
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Desde el punto de vista
minerales se clasifican en:
de
Minerales principales: Aquellos
superior al 5% en la roca.
su
abundancia,
cuyo
contenido
los
es
Minerales de segundo orden: Son los accesorios
mayores con contenidos entre el 2 y 5% en la roca.
Minerales accesorios: Su contenido es inferior al 2%
de la roca.
Para clasificar una roca ígnea con base en su moda, se
utilizan diagramas ternarios en los que se representan
los contenidos de minerales primarios (no se utilizan
los secundarios, formados después de la cristalización
del magma).
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Se utilizan los siguientes parámetros:
Q: Polimorfos de SiO2 (típicamente cuarzo, aunque también
t r i d i m i t a y c r i s to b al i t a
cristalizadas a alta T).
en
alg u n a s
r o ca s
ígneas
A: Feldespato alcalino, incluyendo feldespato potásico
(sanidina, ortosa y/o microclina) y albita (término de la
serie de las plagioclasas con porcentajes molares de
anortita entre 0 y 5 %).
P: Plagioclasa (todos los términos de la serie de las
plagioclasas con procentajes molares de anortita entre 95 y
100 %) y escapolita.
F : Felde spato i de s (leucita, pseu do leucita, nefelina,
analcima, sodalita, noseana, kalsilita, haiiyna, cancrinita).
M: Minerales máficos (micas, anfíboles, piroxenos, olivino),
minerales opacos en luz transmitida (magnetita, ilmenita),
epidota, allanita, granate, melilita, monticellita, carbonatos
primarios y accesorios (circón, apatito, titanita, etc).
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Desde el punto de
modales, tendremos:
vista
de
las
clasificaciones
los minerales de los grupos Q, A, P y F comprende
a los denominados minerales Félsicos, (de "fel" y
"si", acronimos de feldespatos, feldespatoides,
minerales del Si, (minerales ricos en Si, Al, Ca, Na
y K).
los minerales del grupo M son denominados
Máficos (de "m" y "f", acrónimos de los elementos
Mg y Fe, o minerales ferromagnesianos.
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C u a n d o M > 9 0, lo s m i n e r ale s m á f i co s s o n
dominantes, las rocas son muy ricas en MgO y FeO y
pobres en SiO2, y denominándose rocas ultramáficas.
Se usan estos dos diagramas ternarios, con olivino ortopiroxeno - clinopiroxeno y olivino - piroxeno anfibol (hornblenda).
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Cuando M<90, las rocas son máficas, intermedias o
félsicas (ricas en feldespatos)
1a
1b
2
3a
3b
4
5
6*
6
6'
7*
7
7'
8*
8
8'
9*
9
9'
10*
10
10'
11
12
13
14
15
cuarzolitao silexita
granitoidesricos en cuarzo
granito de feldespato alcalino;con bajo índice de color: alaskita
sienogranito
monzogranito, adamellita
granodiorita
tonalita, cuarzodiorita; con bajo índice de color: trondjemita
cuarzo-­‐sienita de feldespato alcalino
sienita de feldespato alcalino
sienita feldespatoidal de feldespato alcalino; pulaskita
cuarzosienita
sienita
sienita feldespatoidal; miaskita
cuarzo-­‐monzonita
monzonita
monzonita feldespatoidal
cuarzo-­‐monzodiorita, cuarzo-­‐monzogabro
monzodiorita, monzogabro
monzodiorita o monzogabro feldespatoidal
cuarzodiorita, cuarzogabro
gabro (%An en plagioclasa > 50%) diorita (%An en plagioclasa < 50%)
gabro o diorita feldespatoidal
sienita nefelínica, foyaita, lujavrita
plagifoyaita
essexita
theralita, teschenita si Qene analcima
foidolita
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Cuando M<90, las rocas son máficas, intermedias o
félsicas (ricas en feldespatos)
gabro
pegmatita
granito
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La d is tinción entre gabros y
dioritas (campo 10) y otras rocas
relacionadas (campos 9', 9, 9*, 10',
10* y 14) se hace mediante el
contenido molar de anortita de
la plagioclasa, con MO o SEM):
An ≥ 50 Gabro
An < 50 Diorita.
Si no se puede determinar el
contenido de anortita porque
este alterada o en maclas mal
definidas, se utiliza el valor de
M:
M ≥ 30 Gabro.
M < 30 Diorita.
diorita
gabro
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Para las rocas máficas (gabroicas)
también los siguientes diagramas:
se
utilizan
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Para las rocas volcánicas
diagrama Q-A-P-F
lávicas
se
utiliza
el
obsidiana
riolita
piedra pomez
basalto
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Imagenes de basalto: de visu, MO con luz natural y
polarizada cruzada y SEM.
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Las rocas volcánicas piroclásticas (explosivas) deben
contener fragmentos volcánicos no removidos, o
sea, no transportados por agentes externos como
viento, agua, etc., en una proporción mayor del 75%.
Aquellas rocas que contienen fragmentos volcánicos
con evidencias de haber sido transportados por
algún medio se denominan epiclásticas.
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Desde el punto de vista del índice de color se
utiliza el porcentaje de minerales máficos M' (= M
con excepción de moscovita, apatito y carbonatos
primarios).
Hololeucocrática: 0-10%
Leucocrática: 10-35%
Mesocrática: 35-65%
Melanocrática: 65-90%
Holomelanocrática: 90-100%
©A. Carmelo Prieto Colorado
Para las rocas volcánicas lávicas se utiliza el
diagrama TAS (Total Alkalis vs Silica), que no utiliza
términos modales si no químicos: rocas ultrabásicas,
básicas, intermedias, y ácidas, en función de la
abundancia de SiO2 en porcentajes en peso.
©A. Carmelo Prieto Colorado
Características texturales
De los cinco tipos texturales básicos, las rocas
ígneas pueden presentar texturas secuenciales,
vítreas y clásticas. Las clásticas son exclusivas de
las rocas volcánicas fragmentales, las vítreas de las
rocas volcánicas lávicas y las secuenciales de las
rocas plutónicas, subvolcánicas y volcánicas lávicas.
Establecido su patrón textural básico, hay que describir
las características geométricas y morfológicas de los
c o m p o n e n t e s , a t r av é s d e l a c r i s t a l i n i d a d ,
granularidad, hábito y forma cristalina, de modo que
podamos dar un concepto general y/0 particular de
textura que englobe los parámetros morfológicos y
geométricos citados.
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Cristalinidad
Proporciones relativas de vidrio y
términos aplicables son los siguientes:
cristales. Los
Holocristalina: Compuestas del 100% de cristales.
Holohialina: Compuestas del 100% de vidrio.
Hipocr is talina, hipohialina o hialocr is talina:
Compuestas por proporciones variables de vidrio y
cristales. Debe indicarse las proporciones relativas
de ambos.
Típicamente, las rocas holohialinas e hipohialinas son
volcánicas, mientras que las holocristalinas son todas
la s plutón i ca s y subvo lcán i ca s y parte de la s
volcánicas.
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Granularidad: Relaciona tamaños absolutos y relativos
de cristales. Abarca tres conceptos distintos:
Qué se puede distinguir o no de visu
Faneríticas (generalmente >0.1 mm): Todos los cristales y
componentes pueden distinguirse de visu.
Afanítica (generalmente <0.1 mm): No todos los cristales
pueden distinguirse y se debe recurrir al microscopio.
Cuando son reconocibles al microscopio se denominan
microcristalina, y criptocristalina, cuando no lo son.
Tamaños absolutos de los cristales y componentes.
Se diferencian los siguientes tamaños.
Muy grueso: > 16 mm
Grueso: 16-4 mm
Medio: 4-1 mm
Fino: 1-0.1 mm
Muy fino: 0.1-0.01 mm
Ultra fino: <0.01 mm
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El tercero de los conceptos a considerar es
Tamaños relativos de los cristales:
Equigranulares: Los cristales de los distintos minerales
son aproximadamente de mismo tamaño de grano.
Inequig ranu lares: Los cr is tales presentan tamaños
variados. Existen distintas variedades de este tipo de
texturas, siendo una de las más comunes la textura
porfídica, que supone cristales relativamente grandes
(denominados fenocristales) englobados en una matriz de
grano más fino. Esta textura además da nombre a un tipo
de roca ígnea, los pórfidos.
Porfizo cuarcifero
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Hábito y formas cristalinas
los términos aplicables a las formas desarrolladas
por los cristales son: idiomorfos, hipidiomorfos y
xenomorfos, segun tengan desarrolladas o no,
todas las caras, siendo términos equivalentes a:
Ehuédricos (Euhedrales, Idiomorfos, Automorfos)
Subhédricos (Subhedrales, Subhidiomorfos, Hipidiomorfos,
Hipoautomorfos)
Anhédricos (Anhedrales, Alotriomorfos, Xenomorfos)
Las texturas determinadas por la forma de los
cristales son: Panidiomórfica, Hipidiomórfica y
Alotriomórfica
En cuanto a los hábitos cristalinos, los más
comunes son: ecuante o equidimensional, tabular,
laminar, prismático y acicular.
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Textura global y particulares
Los d iferentes tipos de d isposición y relación entre los
componentes de las rocas son muy variados. La terminología es
relativamente complicada pero podemos dar algunos nombres
g e n e r ale s q u e i n v o l u cr a n lo s co n ce p to s a nt e r i o re s d e
cristalinidad, granularidad y formas cristalinas.
Por ej emplo, u na relación textu ral p o dría ser g ran u lar
hipidiomorfa, lo cual significa que todos los cristales son
aproximadamente del mismo tamaño, y en parte presentan caras
cristalinas y en parte no.
De las texturas particulares, puede destacarse las poiquilíticas,
donde unos cristales de tamaño mayor engloban a otros menores,
o las gráficas y mirmequíticas, muy comunes en granitos y
formadas por intercrecimientos más o menos regulares de cuarzo
y feldespatos; las texturas vesiculares o vacuolares, comunes en
rocas volcánicas lávicas, que implican la existencia de espacios
rellenos o no por minerales y que se forman por concentración de
gases volcánicos en la lava.
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Texturas de de rocas ígneas plutónicas
©A. Carmelo Prieto Colorado
Rocas igneas comunes
En resumen, las rocas ígneas plutónicas son por
definición holocristalinas, esto es, sus componentes
s o n t o d o s m i n e r a le s ( n o e x i s t e v i d r i o ) q u e
generalmente pueden observarse visualmente sin ayuda
del microscopio (faneríticas). Las texturas presentes son
muy variadas, desde tamaño de grano muy grueso (>30
mm), grueso (5-30 mm), medio (1-5 mm) a fino (<0.1-1
mm), y de equigranulares (los cristales de los
minerales son aproximadamente de mismo tamaño) a
fuertemente inequigranulares (e.g. porfídicas), etc.
La clasificación de las rocas plutónicas se basa en las
proporciones relativas de sus componentes principales,
los cuales son función de la composición original del
magma. Los grandes grupos son: Acidas e intermedias,
Básicas y Ultrabásicas.
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Acidas e intermedias. Rocas compuestas por
minerales de colores claros, ricos en sílicio y/o sin
Fe-Mg (denominados leucocráticos o félsicos),
como cuarzo, feldespato potásico y plagioclasas
más bien sódicas. Los tipos más comunes son el
granito, la granodiorita, y la tonalita. Estas rocas
se caracterizan por presentar colores claros, en
general en tonos de grises, pudiendo distinguirse
el cuarzo y los feldespatos como minerales
fundamentales. Otros minerales presentes en
cantidades variables, pero siempre subordinadas
respecto de los anteriores, son moscovita, biotita,
anfíbol, óxidos (magnetita, ilmenita), apatito,
zircón.
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Básicas. Rocas compuestas por minerales de
colores oscuros, en general pobres en silicio y
ricos en Fe-Mg (deno minados melanocratos,
máficos o fer ro magne sianos), co mo biotita,
anfíboles, piroxenos, olivino y oxídos de Fe-Ti. El
tipo más común es el gabro. Estas rocas se
caracterizan por ser de colores oscuros, en general
negras o en tonos de verde, no suelen presentar
cuarzo en abundancia (a veces ni siquiera existe)
ni feldespato potásico. El único mineral de color
claro que puede distinguirse es la plagioclasa, que
será de composición cálcica.
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Ultrabásicas. Rocas compuestas exclusivamente por
minerales feromagnesianos (olivino y piroxenos
esencialmente), muy oscuras. El tipo más común es
la peridotita. Son rocas muy oscuras, negras o
verdosas, no presentando minerales claros excepto
pequeñas cantidades de plagioclasa cálcica. Este
tipo de rocas suelen presentarse en la naturaleza
relativam e nte transfo r mada s. Lo s m in erale s
primarios (olivino y piroxenos) se alteran a
m i n er ale s d e t ip o s er p e nt i n a (f i lo s i l i cato s
hidratados) durante procesos que afectan a la roca
una vez formada, transformándola en una roca
metamórfica (serpentinitas).
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La clasificación de las rocas ígneas volcánicas pueden
ser holocristalinas (100% de cristales), holohialinas
(100% de vidrio) o hipohialinas (mezcla de cristales y
vidrio). Cuando presentan cristales, suelen ser rocas
con texturas porfídicas, pu diendo obser varse los
fenocristales con tamaños y formas variadas inmersos
en la matriz de grano fino a muy fino (o afanítica:
microcristalina si se pueden distinguir cristales con el
microscopio o criptocristalina si no es así).
La clasificación petrográfica de las rocas volcánicas se
basa igualmente en las proporciones relativas de los
minerales más abundantes. Sin embargo, el hecho de
presentar matriz cripto- o microcristalina y/o vidrio
dificulta su clasificación petrográfica, por lo que con
más frecuencia que en las plutónicas, se utilizan
clasificaciones de tipo químico.
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Acidas. Son rocas rocas constituidas por minerales
claros, leucocratos (cuarzo, feldespatos), que en el
caso de ser una roca no holohialina suelen
presentarse como fenocristales. Los tipos más
comunes son las riolitas y dacitas. El color de
estas rocas puede o no ser claro, ya que la matriz
puede imprimirles un color más o menos oscuro.
Básicas. Son rocas constituidas por minerales
oscuros máficos (olivino, piroxenos, anfíboles) y
plagioclasas cálcicas. Estos minerales suelen
encontrarse como fenocristales. La matriz suele ser
de co lor os curo debi do a la pre sencia de
abundantes microcristales de óxidos. Los tipos más
abundantes son basaltos y andesitas.
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Por otra parte, un g r u po importante de ro cas
volcánicas ácidas son rocas fragmentales (llamadas
p iro clás t i ca s), fo r mada s a part ir del mater i al
proyectado violentamente al exterior durante eventos
explosivos. Este tipo de rocas se denominan en general
tobas volcánicas.
En general, las rocas volcánicas suelen ser muy
porosas y a veces muy permeables (sobre todo las
piroclásticas), por lo que se presentan más o menos
transformadas debido a los procesos volcánicos
tardíos que las afectan, tales como circulación de
gases volcánicos, aguas termales etc, formándose
minerales secundarios, como zeolitas (tectosilicatos
hidratados), que frecuentemente cristalizan en las
vacuolas.
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Física de la Materia Condensada, Cristalografía y Mineralogía
Facultad de Ciencias
Universidad de Valladolid