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Universidad de Chile
Departamento de Pregrado
Cursos de Formación General
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Curso: La tierra fuerzas de la naturaleza y el hombre
LOS MATERIALES DE LA CORTEZA
La materia de la corteza se presenta en los estados sólido, líquido y
gaseoso, y los dos factores mayores que determinan el estado en que el
material existe, son la temperatura y presión.
La diferencia entre estos tres estados está relacionada con el grado de
ordenamiento de
los átomos,
que
es la unidad mas pequeña del
elemento y que posee las propiedades de éste.
La composición de los átomos de cada elemento consiste en un núcleo
de protones y neutrones, con un enjambre circundante de electrones,
y la variación progresiva de ésta se ve reflejada en la “tabla periódica de
los elementos”.
La “tabla periódica de los elementos” muestra el nombre y símbolo de
todos los elementos conocidos del cosmos, formados naturalmente en el
proceso evolutivo del universo. De los mas livianos y simples, cada
elemento es progresivamente mas complejo, con un número creciente de
partículas nucleares y electrones.
La propiedad de los elementos de vincularse químicamente de diferentes
maneras (iónica, covalente o metálica), controla el como se combinan
entre ellos para formar minerales.
LOS
MINERALES
No es extraño afirmar que vivimos en un mundo de minerales. Los minerales
están en todas partes alrededor nuestro:
gemas
y
brillantes
son
minerales; la grava y la arena son minerales; el barro es una mezcla
de minerales microscópicos; el hielo es un mineral, e incluso el polvo en
el aire que respiramos está formado por finos granos de minerales.
Los minerales sustentan nuestras vidas y nos proveen continuamente como
sociedad.
La casa donde vivimos, los automóviles, las carreteras y otras
estructuras de nuestra sociedad, como la mayoría de las cosas que tocamos,
están hechos de minerales.
Pero la importancia de los minerales se extiende mas allá de su valor
como depósito económico,
ya que ellos son la substancia del sistema
natural de la tierra, como son los bloques de roca
Los minerales son creados y destruidos por variados procesos. En general,
todos los procesos dinámicos de la tierra envuelven
la construcción y
destrucción de minerales, como modelos de cambio de un estado al otro
En la profundidad de la tierra, la alta temperatura y presión remueve los
átomos de una estructura cristalina de algunos minerales y los re-combina
formando así nuevos minerales. Otros minerales crecen al enfriarse las lavas
arrojadas de los volcanes, y otros se acumulan y crecen en los océanos a
partir de soluciones.
Cuando la superficie de la tierra se meteoriza y eroda, algunos minerales se
destruyen y otros crecen en su lugar.
Consecuentemente, podemos afirmar que para entender la dinámica de la
tierra, es esencial tener algún conocimiento de los minerales mayores, esto
es, conocer sus características generales y sus propiedades físicas
MINERALES Y ROCAS
Un mineral es un sólido inorgánico natural, con un estructura interna especifica
(esto es, los átomos constituyentes tienen un ordenamiento o arreglo específico
que define un modelo geométrico definitivo), y una composición química que
varía sólo dentro de ciertos límites (la combinación específica de los elementos
constituyentes puede ser expresada en una fórmula química).
Cada tipo de mineral es estable sólo bajo condiciones específicas de presión y
temperatura.
Los minerales pueden crecer cuando se agregan átomos a su estructura
cristalina, al cambiar la materia de su estado gaseoso o líquido a sólido. De
igual modo, los minerales se disuelven o mezclan cuando los átomos son
removidos de la estructura del cristal.
Toda especie mineral tiene propiedades físicas y químicas bién definidas, no
importando dónde , como y cuando fue formado. Alguna de las propiedades
físicas y químicas mas fácilmente observables son: su estructura cristalina, su
clivaje o fractura, su dureza, su peso específico, su color y su rayado.
Los minerales de silicatos (Si O2)son los mas abundantes y forman mas del
95% de la corteza terrestre. Los mas importantes minerales de silicatos son
feldespatos, micas, olivinas, piroxenas, anfibolitas, cuarzo y minerales de
arcilla. algunos minerales no silicatados importantes son calcita, dolomita,
yeso y halita
Los minerales pueden crecer e interrumpir su crecimiento bajo condiciones
específicas de presión, temperatura y composición química. El crecimiento final
de un cristal lo determina la geometría del espacio disponible donde crece el
cristal.
En ambientes sin restricciones cada cara del cristal crece libremente con igual
facilidad,
formándose un cristal “perfecto”.
Cuando un cristal crece en
ambientes restringidos puede no llegar a desarrollar caras o superficies
cristalinas perfectas.
LAS ROCAS
Una roca se define como un conjunto o agregado de minerales,
como “dos o mas minerales asociados químicamente”.
esto es,
Una clasificación mayor de las rocas es aquella basada en su génesis. De
acuerdo con ella, se conocen tres tipos diferentes de rocas: rocas ígneas,
rocas sedimentarias y rocas metamórficas.
Las rocas ígneas son aquellas rocas que se originan bajo la superficie de la
tierra a partir de la solidificación (cristalización) de un magma. El magma es un
material rocoso fundido a muy alta temperatura de (800° a 1400 °C), que se
forma y permanece bajo la superficie de la tierra. Éste puede solidificar
(cristalizar) bajo la superficie y formar un cuerpo intrusivo de roca ígnea, o extruir
como liquido al exterior (lava), dónde se enfría y solidifica para forma una roca
volcánica.
Los procesos formadores de rocas ígneas están ligados al sistema dinámico
tectónico de la tierra, y por lo tanto, se trata de procesos endógenos.
Las rocas sedimentarias son aquellas rocas que se originan sobre la superficie
de la tierra a partir de un agregado de clastos o fragmentos de otras rocas
preexistentes. Primeramente se acumulan los fragmentos o clastos (sedimentos)
para formar un depósito y luego, por un proceso de diagénesis (litificación), el
depósito sedimentario se transforma en roca (roca sedimentaria.)
Los procesos formadores de rocas sedimentarias están ligados al sistema
hidrológico de la tierra, y por lo tanto se trata de procesos exógenos.
Las rocas metamórficas son aquellas rocas que se originan bajo la superficie
de la tierra a partir de rocas ígneas y sedimentarias, por cambios en su
composición mineralógica y textural, como efectos de la presión y la temperatura
a que son sometidas. Los cambios se producen sin dejar el material el estado
sólido.
Los procesos formadores de rocas metamórficas están ligados al sistema
dinámico tectónico de la tierra, y por lo tanto se trata de procesos de tipo
endógenos.
La Tierra como un sistema: el ciclo de las rocas
La Tierra es un sistema. Esto significa que nuestro planeta está formado por
muchas partes inter-actuantes que forman un todo complejo. En ningún otro lugar
se ilustra mejor esta idea que al examinar el ciclo de las rocas (Figura 1.12). El
ciclo de las rocas nos permite examinar muchas de las inter-relaciones entre las
diferentes partes del sistema Tierra. Nos ayuda a entender el origen de las rocas
ígneas, sedimentarias y metamórficas, y a ver que cada tipo está vinculado a los
otros por los procesos que actúan sobre y dentro del planeta. Aprender bien el
ciclo de las rocas permite examinar sus inter-relaciones con mayor detalle a lo
largo del libro.
Ciclo básico
Empecemos en la parte superior de la Figura 1.12. El magma es el material
fundido que se forma en el interior de la Tierra. El magma acaba por enfriarse y
solidificarse. Este proceso, denominado cristalización, puede ocurrir debajo de la
superficie terrestre o, después de una erupción volcánica, en la superficie. En
cualquiera de las dos situaciones, las rocas resultantes se denominan rocas
ígneas.
Si las rocas ígneas afloran en la superficie experimentarán meteorización, en la
cual la acción de la atmósfera desintegra y descompone lentamente las rocas.
Los materiales resultantes pueden ser desplazados pendiente abajo por la
gravedad antes de ser captados y transportados por algún agente erosivo: aguas
superficiales, glaciares, viento u olas. Por fin, esas partículas y sustancias
disueltas, denominadas sedimentos, son depositadas. Aunque la mayoría de los
sedimentos acaba llegando al océano, otras zonas de acumulación son las
llanuras de inundación de los ríos, los desiertos, los pantanos y las dunas.
A continuación, los sedimentos experimentan litificación, un término que significa
“Conversión en roca”. El sedimento suele litificarse dando lugar a una roca sedimentaria cuando es compactado por el peso de las capas supra-yacentes o
cuando es cementado conforme el agua de infiltración llena los poros con materia
mineral.
Si la roca sedimentaria resultante se entierra profundamente dentro de la tierra e
interviene en la dinámica de formación de montañas, o si es destruida por una
masa de magma, estará sometida a grandes presiones o a un calor intenso, o a
ambas cosas. La roca sedimentaria reaccionara ante el ambiente cambiante y se
convertirá en un tercer tipo de roca, una roca metamórfica. Cuando la roca
metamórfica es sometida a cambios de presión adicionales o a temperaturas aun
mayores, se fundirá, creando un magma, que acabara cristalizando en rocas
igneas.
Los procesos impulsados por el calor desde el interior de la Tierra son
responsables de la creación de las rocas igneas y metamórficas. La meteorización
y la erosión, procesos externos alimentados por una combinación de energía
procedente del Sol y la gravedad, producen el sedimento a partir del cual se
forman las rocas sedimentarias.
Caminos alternativos
Las vías mostradas en el ciclo básico no son las únicas posibles. Al contrario, es
exactamente igual de probable que puedan seguirse otras vías distintas de las
descritas en la sección precedente. Esas alternativas se indican mediante las
líneas azules en la Figura 1.12.
Las rocas igneas, en vez de ser expuestas a la meteorización y a la erosión en la
superficie terrestre, pueden permanecer enterradas profundamente. Esas masas
pueden acabar siendo sometidas a fuertes fuerzas de compresión y a
temperaturas elevadas asociadas con la formación de montañas. Cuando esto
ocurre, se transforman directamente en rocas metamórficas.
Las rocas metamórficas y sedimentarias, así como los sedimentos, no siempre
permanecen enterradas. Antes bien, las capas superiores pueden ser erosionadas
y, consecuentemente, eliminadas, dejando expuestas las rocas que antes estaban
enterradas. Cuando esto ocurre, los materiales son meteorizados y convertidos en
nueva materia prima para las rocas sedimentarias.
Las rocas pueden parecer masas invariables, pero el ciclo de las rocas demuestra
que no es así. Los cambios, sin embargo, requieren tiempo; grandes cantidades
de tiempo.
El ciclo de las rocas y los sistemas dinámicos hidrológico y tectónico
Cuando James Hutton propuso por primera vez el ciclo de las rocas, se sabia muy
poco sobre los procesos por medio de los cuales una roca se transforma en otra;
solo existían pruebas de que éstas se transformaban. De hecho, no fue hasta el
desarrollo de la teoría de la tectónica de placas cuando surgió una imagen
relativamente completa del ciclo de las rocas.
En la Figura 1.13 se ilustra el ciclo de las rocas según el modelo de la tectónica de
placas. Según este modelo, el material meteorizado procedente de las masas de
tierra elevadas es transportado a los márgenes continentales, donde es
depositado en capas que, sumadas, tienen un grosor de miles de metros. Una vez
litificados, estos sedimentos crean el grueso prisma de rocas sedimentarias que
flanquea los continentes.
Por fin, la actividad relativamente tranquila de la sedimentación a lo largo de un
margen continental puede verse interrumpida si la región se convierte en un limite
de placa convergente. Cuando esto ocurre, la litosfera oceánica adyacente al
continente empieza a avanzar poco a poco hacia abajo, entrando en la
astenosfera situada por debajo del continente. A lo largo de márgenes
continentales activos como éste, la convergencia deforma el prisma de rocas
sedimentarias dando origen a cinturones lineales de rocas metamórficas.
Conforme la placa oceánica desciende, algunos de los sedimentos subyacentes
son transportados en dirección descendente hacia la astenosfera caliente, donde
experimentan también metamorfismo. Por ultimo, algunas de esas rocas
metamórficas son transportadas hacia zonas profundas donde las condiciones
pueden desencadenar algo de fusión. El magma recién formado migrara entonces
hacia arriba a través de la litosfera para producir rocas igneas. Una parte
cristalizara antes de alcanzar la superficie y el resto hará erupción y se solidificara
en la superficie. Cuando las rocas igneas quedan expuestas en la superficie, son
inmediatamente atacadas por los procesos de meteorización, de forma que el ciclo
de las rocas empieza de nuevo.