La mayor parte de la arenisca está compuesta de cuarzo o feldespato , porque son los minerales más resistentes a los procesos de erosión en la superficie de la Tierra. Al igual que la arena no cementada , la arenisca puede ser de cualquier color debido a las impurezas dentro de los minerales, pero los colores más comunes son tostado, marrón, amarillo, rojo, gris, rosa, blanco y negro. Debido a que los lechos de arenisca pueden formar acantilados muy visibles y otras características topográficas , ciertos colores de arenisca se han identificado fuertemente con ciertas regiones, como los desiertos de roca roja del Parque Nacional Arches y otras áreas del suroeste de Estados Unidos .
Las formaciones rocosas compuestas de arenisca suelen permitir la percolación de agua y otros fluidos y son lo suficientemente porosas como para almacenar grandes cantidades, lo que las convierte en valiosos acuíferos y depósitos de petróleo . [2] [3]
A medida que los sedimentos continúan acumulándose en el entorno deposicional, la arena más antigua es enterrada por sedimentos más jóvenes y sufre diagénesis . Esto consiste principalmente en la compactación y litificación de la arena. [10] [11] Las primeras etapas de la diagénesis, descritas como eogénesis , tienen lugar a profundidades poco profundas (unas pocas decenas de metros) y se caracterizan por bioturbación y cambios mineralógicos en las arenas, con solo una ligera compactación. [12] La hematita roja que da a las areniscas de lecho rojo su color probablemente se forma durante la eogénesis. [13] [14] El enterramiento más profundo está acompañado de mesogénesis , durante la cual tiene lugar la mayor parte de la compactación y litificación. [11]
La compactación se produce a medida que la arena se ve sometida a una presión cada vez mayor por los sedimentos que la recubren. Los granos de sedimento se mueven hacia disposiciones más compactas, los granos dúctiles (como los granos de mica ) se deforman y el espacio poroso se reduce. Además de esta compactación física, puede producirse una compactación química mediante una solución de presión . Los puntos de contacto entre los granos están sometidos a la mayor tensión y el mineral colado es más soluble que el resto del grano. Como resultado, los puntos de contacto se disuelven, lo que permite que los granos entren en contacto más cercano. [11]
La litificación sigue de cerca la compactación, ya que el aumento de las temperaturas en profundidad acelera la deposición del cemento que une los granos. La solución a presión contribuye a la cementación, ya que el mineral disuelto en los puntos de contacto deformados se vuelve a depositar en los espacios porosos no deformados. [11]
La compactación mecánica se produce principalmente a profundidades inferiores a 1.000 metros (3.300 pies). La compactación química continúa hasta profundidades de 2.000 metros (6.600 pies), y la mayor parte de la cementación se produce a profundidades de 2.000 a 5.000 metros (6.600 a 16.400 pies). [15]
El destechamiento de la arenisca enterrada está acompañado de telogénesis , la tercera y última etapa de la diagénesis. [12] A medida que la erosión reduce la profundidad del enterramiento, la exposición renovada al agua meteórica produce cambios adicionales en la arenisca, como la disolución de parte del cemento para producir porosidad secundaria . [11]
Cantera Paradise, Sídney , AustraliaArena grus y el granitoide del que se deriva
Los granos de estructura son fragmentos detríticos del tamaño de la arena (de 0,0625 a 2 milímetros (0,00246 a 0,07874 pulgadas) de diámetro) que constituyen la mayor parte de una arenisca. [16] [17] La mayoría de los granos de estructura están compuestos de cuarzo o feldespato , que son los minerales comunes más resistentes a los procesos de meteorización en la superficie de la Tierra, como se ve en la serie de disolución de Goldich . [18] Los granos de estructura se pueden clasificar en varias categorías diferentes según su composición mineral:
Los granos de cuarzo son los minerales dominantes en la mayoría de las rocas sedimentarias clásticas ; esto se debe a que tienen propiedades físicas excepcionales, como dureza y estabilidad química. [1] Estas propiedades físicas permiten que los granos de cuarzo sobrevivan a múltiples eventos de reciclaje, al mismo tiempo que permiten que los granos muestren cierto grado de redondeo. [1] Los granos de cuarzo evolucionan a partir de rocas plutónicas, que son de origen félsico y también de areniscas más antiguas que han sido recicladas.
Los granos de estructura feldespática son comúnmente el segundo mineral más abundante en las areniscas. [1] El feldespato se puede dividir en feldespatos alcalinos y feldespatos plagioclasa, que se pueden distinguir bajo un microscopio petrográfico. [1]
Fotomicrografía de un grano de arena volcánica ; la imagen superior es luz polarizada plana, la imagen inferior es luz polarizada cruzada; el recuadro de escala en el centro izquierdo mide 0,25 milímetros. Este tipo de grano sería un componente principal de una arenisca lítica.
Los granos de estructura lítica (también llamados fragmentos líticos o clastos líticos) son fragmentos de roca madre antigua que aún no se han erosionado hasta convertirse en granos minerales individuales. [1] Los fragmentos líticos pueden ser cualquier roca ígnea, metamórfica o sedimentaria de grano fino o de grano grueso, [1] aunque los fragmentos líticos más comunes que se encuentran en las rocas sedimentarias son los clastos de rocas volcánicas. [1]
Los minerales accesorios son todos los demás granos minerales en una arenisca. Estos minerales generalmente constituyen solo un pequeño porcentaje de los granos en una arenisca. Los minerales accesorios comunes incluyen micas ( moscovita y biotita ), olivino , piroxeno y corindón . [1] [19] Muchos de estos granos accesorios son más densos que los silicatos que componen la mayor parte de la roca. Estos minerales pesados son comúnmente resistentes a la intemperie y se pueden usar como un indicador de madurez de la arenisca a través del índice ZTR . [20] Los minerales pesados comunes incluyen circón , turmalina , rutilo (de ahí ZTR ), granate , magnetita u otros minerales densos y resistentes derivados de la roca fuente.
Matriz
La matriz es un material muy fino, que está presente dentro del espacio poroso intersticial entre los granos de la estructura. [1] La naturaleza de la matriz dentro del espacio poroso intersticial da como resultado una doble clasificación:
Las arenitas son areniscas texturalmente limpias que están libres de matriz o tienen muy poca. [19]
Los wackes son areniscas texturalmente sucias que tienen una cantidad significativa de matriz. [17]
Cemento
El cemento es lo que une los granos de la estructura siliciclástica. El cemento es un mineral secundario que se forma después de la deposición y durante el enterramiento de la arenisca. [1] Estos materiales cementantes pueden ser minerales de silicato o minerales no silicatados, como la calcita. [1]
El cemento de sílice puede estar compuesto de minerales de cuarzo o de ópalo . El cuarzo es el mineral de silicato más común que actúa como cemento. En las areniscas donde hay cemento de sílice, los granos de cuarzo se adhieren al cemento, lo que crea un borde alrededor del grano de cuarzo llamado sobrecrecimiento. El sobrecrecimiento conserva la misma continuidad cristalográfica del grano de la estructura de cuarzo que se está cementando. El cemento de ópalo se encuentra en areniscas ricas en materiales volcanogénicos y muy raramente se encuentra en otras areniscas. [1]
El cemento de calcita es el cemento de carbonato más común. El cemento de calcita es una variedad de cristales de calcita más pequeños. El cemento se adhiere a los granos de la estructura y los une. [1]
La arenisca que pierde su aglutinante de cemento a causa de la erosión se vuelve gradualmente friable e inestable. Este proceso se puede revertir en cierta medida mediante la aplicación de ortosilicato de tetraetilo (Si(OC2H5 ) 4 ) , que depositará dióxido de silicio amorfo entre los granos de arena. [21] La reacción es la siguiente.
Si(OC2H5 ) 4 ( l) + 2H2O ( l ) → SiO2 ( s ) + 4C2H5OH ( g)
Espacio poroso
El espacio poroso incluye los espacios abiertos dentro de una roca o un suelo. [22] El espacio poroso en una roca tiene una relación directa con la porosidad y la permeabilidad de la roca. La porosidad y la permeabilidad están directamente influenciadas por la forma en que se agrupan los granos de arena. [1]
La porosidad es el porcentaje del volumen que está habitado por intersticios dentro de una roca determinada. [22] La porosidad está directamente influenciada por el empaquetamiento de granos esféricos de tamaño uniforme, reorganizados desde un empaquetamiento suelto hasta un empaquetamiento muy compacto en las areniscas. [1]
Las areniscas se clasifican típicamente contando puntos de una sección delgada utilizando un método como el método de Gazzi-Dickinson . Esto produce los porcentajes relativos de cuarzo, feldespato y granos líticos y la cantidad de matriz de arcilla. La composición de una arenisca puede proporcionar información importante sobre la génesis de los sedimentos cuando se utiliza con un diagrama triangular de cuarzo , feldespato y fragmento lítico ( diagramas QFL ). Sin embargo, los geólogos no han podido ponerse de acuerdo sobre un conjunto de límites que separen las regiones del triángulo QFL. [1]
Diagrama ternario que muestra la abundancia relativa de cuarzo, feldespato y granos líticos en una arenisca.
Las ayudas visuales son diagramas que permiten a los geólogos interpretar las diferentes características de una arenisca. Por ejemplo, un diagrama de QFL puede estar marcado con un modelo de procedencia que muestra el probable origen tectónico de las areniscas con diversas composiciones de granos de estructura. Asimismo, el diagrama de la etapa de madurez textural ilustra las diferentes etapas por las que pasa una arenisca a medida que aumenta el grado de procesamiento cinético de los sedimentos. [23]
Diagrama esquemático QFL que muestra las provincias tectónicas y la procedencia de la arenisca
Un diagrama QFL es una representación de los granos estructurales y la matriz que están presentes en una arenisca. Este diagrama es similar a los que se utilizan en la petrología ígnea. Cuando se traza correctamente, este modelo de análisis permite una clasificación cuantitativa significativa de las areniscas. [24]
Un cuadro de procedencia de arenisca generalmente se basa en un cuadro QFL pero permite a los geólogos interpretar visualmente los diferentes tipos de lugares de donde pueden originarse las areniscas.
Un diagrama de la etapa de madurez textural muestra las diferencias entre areniscas inmaduras, submaduras, maduras y supermaduras. A medida que la arenisca se vuelve más madura, los granos se vuelven más redondeados y hay menos arcilla en la matriz de la roca. [1]
Esquema de clasificación de Dott
Diagrama que muestra una versión ligeramente modificada del esquema de clasificación de Dott (1964)
El esquema de clasificación de areniscas de Dott (1964) es uno de los muchos esquemas de este tipo utilizados por los geólogos para clasificar las areniscas. El esquema de Dott es una modificación de la clasificación de las areniscas de silicato de Gilbert e incorpora los conceptos duales de madurez textural y composicional de RL Folk en un solo sistema de clasificación. [25] La filosofía detrás de la combinación de los esquemas de Gilbert y RL Folk es que es más capaz de "representar la naturaleza continua de la variación textural de la lutita a la arenita y de la composición de grano estable a la inestable". [25] El esquema de clasificación de Dott se basa en la mineralogía de los granos del marco y en el tipo de matriz presente entre los granos del marco. [ cita requerida ]
En este esquema de clasificación específico, Dott ha establecido el límite entre arenita y wackes en una matriz del 15 %. Además, Dott también divide los diferentes tipos de granos de estructura que pueden estar presentes en una arenisca en tres categorías principales: cuarzo, feldespato y granos líticos. [1]
Las arenitas son tipos de arenisca que tienen menos del 15% de matriz de arcilla entre los granos de la estructura.
Las areniscas de cuarzo son areniscas que contienen más del 90% de granos silíceos. Los granos pueden incluir fragmentos de roca de cuarzo o sílex . [1] Las areniscas de cuarzo son areniscas texturalmente maduras a supermaduras. Estas arenas de cuarzo puro son el resultado de una extensa erosión que ocurrió antes y durante el transporte. Esta erosión eliminó todo excepto los granos de cuarzo, el mineral más estable . Se asocian comúnmente con rocas que se depositan en un entorno cratónico estable, como playas eólicas o entornos de plataforma. [1] Las areniscas de cuarzo emanan del reciclaje múltiple de granos de cuarzo, generalmente como rocas generadoras sedimentarias y con menor regularidad como depósitos de primer ciclo derivados de rocas ígneas o metamórficas primarias . [1]
Las areniscas feldespáticas son areniscas que contienen menos del 90% de cuarzo, y más feldespato que fragmentos líticos inestables, y minerales accesorios menores. [1] Las areniscas feldespáticas son comúnmente inmaduras o submaduras. [1] Estas areniscas se presentan en asociación con entornos cratónicos o de plataforma estable. [1] Las areniscas feldespáticas se derivan de rocas cristalinas primarias de tipo granítico. [1] Si la arenisca es predominantemente plagioclasa, entonces es de origen ígneo. [1]
Las arenitas líticas se caracterizan por un contenido generalmente alto de fragmentos líticos inestables. Los ejemplos incluyen clastos volcánicos y metamórficos, aunque los clastos estables como el sílex son comunes en las arenitas líticas. [1] Este tipo de roca contiene menos del 90% de granos de cuarzo y más fragmentos de roca inestables que los feldespatos. [1] Suelen ser texturalmente inmaduras o submaduras. [1] Se asocian con conglomerados fluviales y otros depósitos fluviales, o en conglomerados marinos de aguas más profundas. [1] Se forman en condiciones que producen grandes volúmenes de material inestable, derivado de rocas de grano fino, principalmente lutitas , rocas volcánicas y rocas metamórficas . [1]
Los wackes son areniscas que contienen más de un 15% de matriz de arcilla entre los granos de la estructura.
Los wackes de cuarzo son poco comunes porque las arenitas de cuarzo son texturalmente maduras a supermaduras. [1]
Las wackes feldespáticas son areniscas feldespáticas que contienen una matriz superior al 15%. [1]
La wacke lítica es una arenisca en la que la matriz supera el 15%. [1]
Las areniscas grauvacas son una mezcla heterogénea de fragmentos líticos y granos angulares de cuarzo y feldespato o granos rodeados por una matriz de arcilla de grano fino . Gran parte de esta matriz está formada por fragmentos relativamente blandos, como pizarra y algunas rocas volcánicas, que se alteran químicamente y se compactan físicamente después del enterramiento profundo de la formación de arenisca.
Cuarcita
Cuando la arenisca se somete al gran calor y presión asociados con el metamorfismo regional , los granos de cuarzo individuales se recristalizan, junto con el material cementante anterior, para formar la roca metamórfica llamada cuarcita . La mayor parte o la totalidad de la textura original y las estructuras sedimentarias de la arenisca se borran por el metamorfismo. [4] Los granos están tan estrechamente entrelazados que cuando la roca se rompe, se fractura a través de los granos para formar una fractura irregular o concoidea. [26]
Los geólogos habían reconocido en 1941 que algunas rocas muestran las características macroscópicas de la cuarcita, aunque no hayan sufrido metamorfismo a alta presión y temperatura. Estas rocas han estado sujetas sólo a las temperaturas y presiones mucho más bajas asociadas con la diagénesis de la roca sedimentaria, pero la diagénesis ha cementado la roca tan completamente que es necesario el examen microscópico para distinguirla de la cuarcita metamórfica. El término ortocuarcita se utiliza para distinguir dicha roca sedimentaria de la metacuarcita producida por metamorfismo. Por extensión, el término ortocuarcita se ha aplicado ocasionalmente de manera más general a cualquier arenita de cuarzo cementada con cuarzo . La ortocuarcita (en sentido estricto) a menudo es 99% SiO2 con sólo cantidades muy pequeñas de óxido de hierro y minerales resistentes a trazas como circón , rutilo y magnetita . Aunque normalmente hay pocos fósiles presentes, se conservan la textura original y las estructuras sedimentarias . [27] [28]
La distinción típica entre una verdadera ortocuarcita y una arenisca de cuarzo común es que una ortocuarcita está tan altamente cementada que se fracturará a través de los granos, no alrededor de ellos. [29] Esta es una distinción que se puede reconocer en el campo . A su vez, la distinción entre una ortocuarcita y una metacuarcita es el inicio de la recristalización de los granos existentes. La línea divisoria puede colocarse en el punto donde los granos de cuarzo deformados comienzan a ser reemplazados por nuevos granos de cuarzo pequeños, no deformados, produciendo una textura de mortero que se puede identificar en secciones delgadas bajo un microscopio polarizador. Con el aumento del grado de metamorfismo, la recristalización adicional produce una textura de espuma , caracterizada por granos poligonales que se encuentran en uniones triples, y luego una textura porfiroblástica , caracterizada por granos gruesos e irregulares, incluidos algunos granos más grandes ( porfiroblastos ). [26]
La piedra arenisca se ha utilizado desde tiempos prehistóricos para la construcción, [30] [31] obras de arte decorativas [32] y herramientas. [33] Se ha empleado ampliamente en todo el mundo en la construcción de templos, [34] iglesias, [34] casas y otros edificios, y en ingeniería civil . [35]
Aunque su resistencia a la intemperie varía, la arenisca es fácil de trabajar. Eso la convierte en un material común para la construcción y pavimentación , incluso en el hormigón asfáltico . Sin embargo, algunos tipos que se han utilizado en el pasado, como la arenisca Collyhurst utilizada en el noroeste de Inglaterra , han tenido una resistencia a la intemperie a largo plazo deficiente, lo que ha hecho necesaria su reparación y sustitución en edificios más antiguos. [36] Debido a la dureza de los granos individuales, la uniformidad del tamaño del grano y la friabilidad de su estructura, algunos tipos de arenisca son materiales excelentes para hacer muelas , para afilar cuchillas y otros instrumentos. [37] La arenisca no friable se puede utilizar para hacer muelas para moler grano, por ejemplo, gritstone .
Un tipo de arenisca de cuarzo puro, la ortocuarcita, con más del 90-95 por ciento de cuarzo, [38] ha sido propuesta para su nominación al Recurso de Piedras del Patrimonio Mundial . [39] En algunas regiones de Argentina, la fachada revestida de ortocuarcita es una de las características principales de los bungalows de estilo Mar del Plata . [39]
Kurkar – Nombre regional de una calcreta de cuarzo eólico en la costa levantina
Cuenca sedimentaria : regiones de subsidencia a largo plazo que crean espacio para el relleno de sedimentos.
Arenisca de Sydney : arenisca de cuarzo de grano medio a grueso con pequeñas lentes de pizarra y laminita.
Yorkstone : variedad de arenisca de Yorkshire, Inglaterra
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Lectura adicional
Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Arenisca .
Webb, Jonathan. Formas de arenisca «forjadas por la gravedad» (julio de 2014), BBC News
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