La mayor parte de las areniscas están compuestas de cuarzo o feldespato , porque son los minerales más resistentes a los procesos de meteorización en la superficie terrestre. Al igual que la arena no cementada , la arenisca puede tener cualquier color debido a las impurezas 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 rocas rojas del Parque Nacional Arches y otras áreas del suroeste de Estados Unidos .
Las formaciones rocosas compuestas de arenisca suelen permitir la filtración de agua y otros fluidos y son lo suficientemente porosas como para almacenar grandes cantidades, lo que las convierte en valiosos acuíferos y reservorios de petróleo . [2] [3]
La arenisca que contiene cuarzo se puede transformar en cuarcita mediante metamorfismo , generalmente relacionado con la compresión tectónica dentro de cinturones orogénicos . [4] [5]
A medida que los sedimentos continúan acumulándose en el ambiente de depósito, la arena más vieja es enterrada por sedimentos más jóvenes y sufre diagénesis . Consiste principalmente en la compactación y litificación de la arena. [10] [11] Las primeras etapas de la diagénesis, descritas como eogénesis , tienen lugar a poca profundidad (unas pocas decenas de metros) y se caracterizan por bioturbación y cambios mineralógicos en las arenas, con sólo una ligera compactación. [12] La hematita roja que da su color a las areniscas de lecho rojo probablemente se formó durante la eogénesis. [13] [14] El entierro más profundo va 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 sufre una presión cada vez mayor por parte de los sedimentos superpuestos. 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, la compactación química puede tener lugar mediante una solución a presión . Los puntos de contacto entre los granos están bajo mayor tensión y el mineral tenso es más soluble que el resto del grano. Como resultado, los puntos de contacto se disuelven, permitiendo que los granos entren en contacto más estrecho. [11]
La litificación sigue de cerca a 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 tensos se vuelve a depositar en los espacios porosos no tensos. [11]
La compactación mecánica se lleva a cabo principalmente a profundidades inferiores a 1000 metros (3300 pies). La compactación química continúa hasta profundidades de 2000 metros (6600 pies) y la mayor parte de la cementación se lleva a cabo a profundidades de 2000 a 5000 metros (6600 a 16400 pies). [15]
El destechado de arenisca enterrada va acompañado de la telogénesis , la tercera y última etapa de la diagénesis. [12] A medida que la erosión reduce la profundidad del entierro, 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 la estructura son fragmentos detríticos del tamaño de arena (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 estructurales están compuestos de cuarzo o feldespato , que son los minerales comunes más resistentes a los procesos de erosión en la superficie de la Tierra, como se ve en la serie de disoluciones de Goldich . [18] Los granos estructurales se pueden clasificar en varias categorías diferentes según su composición mineral:
Los granos estructurales 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 suelen ser 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]
Microfotografía de un grano de arena volcánica ; La imagen superior es luz polarizada plana, la imagen inferior es luz polarizada cruzada, el cuadro de escala en el centro izquierdo es de 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 piezas de roca madre antigua que aún no se han desgastado hasta convertirse en granos minerales individuales. [1] Los fragmentos líticos pueden ser cualquier roca ígnea, metamórfica o sedimentaria de grano fino o grueso, [1] aunque los fragmentos líticos más comunes que se encuentran en rocas sedimentarias son clastos de rocas volcánicas. [1]
Los minerales accesorios son todos los demás granos minerales de una arenisca. Estos minerales suelen constituir sólo un pequeño porcentaje de los granos de 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 constituyen la mayor parte de la roca. Estos minerales pesados son comúnmente resistentes a la intemperie y pueden usarse como 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 madre.
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 de textura limpia que están libres de matriz o tienen muy poca. [19]
Los wackes son areniscas de textura sucia 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 entierro de la arenisca. [1] Estos materiales cementantes pueden ser minerales de silicato o minerales sin silicato, como la calcita. [1]
El cemento de sílice puede estar compuesto de minerales de cuarzo u ópalo . El cuarzo es el mineral de silicato más común que actúa como cemento. En la arenisca donde hay cemento de sílice, los granos de cuarzo están adheridos al cemento, lo que crea un borde alrededor del grano de cuarzo llamado crecimiento excesivo. El crecimiento excesivo conserva la misma continuidad cristalográfica del grano de la estructura de cuarzo que se está cementando. El cemento opalino se encuentra en areniscas ricas en materiales vulcanógenos y muy raramente 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, cementándolos entre sí. [1]
La arenisca que pierde su aglutinante de cemento debido a la erosión se vuelve gradualmente friable e inestable. Este proceso puede revertirse en cierta medida mediante la aplicación de ortosilicato de tetraetilo (Si(OC 2 H 5 ) 4 ), que depositará dióxido de silicio amorfo entre los granos de arena. [21] La reacción es la siguiente.
Si(OC 2 H 5 ) 4 (l) + 2 H 2 O (l) → SiO 2 (s) + 4 C 2 H 5 OH (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 permeabilidad de la roca. La porosidad y la permeabilidad están directamente influenciadas por la forma en que se empaquetan los granos de arena. [1]
La porosidad es el porcentaje del volumen total 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 los más sueltos hasta los más apretados en las areniscas. [1]
La permeabilidad es la velocidad a la que el agua u otros fluidos fluyen a través de la roca. Para el agua subterránea , la permeabilidad de trabajo se puede medir en galones por día a través de una sección transversal de un pie cuadrado bajo un gradiente hidráulico unitario . [22]
Tipos de arenisca
Las areniscas generalmente se clasifican contando puntos en una sección delgada utilizando un método como el método Gazzi-Dickinson . Esto produce los porcentajes relativos de cuarzo, feldespato y granos líticos y la cantidad de matriz arcillosa. La composición de una arenisca puede proporcionar información importante sobre la génesis de los sedimentos cuando se utiliza con un fragmento triangular de cuarzo, feldespato y lítico ( diagramas QFL ). Sin embargo, los geólogos no han podido ponerse de acuerdo sobre una serie de límites que separan las regiones del triángulo QFL. [1]
Gráfico 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 diferentes características de una arenisca. Por ejemplo, un gráfico QFL se puede marcar con un modelo de procedencia que muestra el probable origen tectónico de areniscas con diversas composiciones de granos estructurales. Asimismo, el cuadro de etapas 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 provincias tectónicas y procedencia de arenisca
Un gráfico QFL es una representación de los granos y la matriz de la estructura que está presente en una arenisca. Esta carta es similar a las utilizadas en petrología ígnea. Cuando se traza correctamente, este modelo de análisis crea una clasificación cuantitativa significativa de areniscas. [24]
Un gráfico de procedencia de arenisca generalmente se basa en un gráfico QFL, pero permite a los geólogos interpretar visualmente los diferentes tipos de lugares de donde se pueden originar las areniscas.
Un gráfico de etapa de madurez textural muestra las diferencias entre areniscas inmaduras, submaduras, maduras y supermaduras. A medida que la arenisca 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 utilizados por los geólogos para clasificar las areniscas. El esquema de Dott es una modificación de la clasificación de Gilbert de areniscas de silicato e incorpora los conceptos duales de madurez textural y composicional de RL Folk en un sistema de clasificación. [25] La filosofía detrás de la combinación de los esquemas de Gilbert y RL Folk es que es más capaz de "retratar la naturaleza continua de la variación textural de lutita a arenita y de composición de grano estable a inestable". [25] El esquema de clasificación de Dott se basa en la mineralogía de los granos de la estructura y en el tipo de matriz presente entre los granos de la estructura. [ cita necesaria ]
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 estructurales 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 arcillosa entre los granos de la estructura.
Las arenitas de cuarzo son areniscas que contienen más del 90% de granos silíceos. Los granos pueden incluir fragmentos de roca de cuarzo o pedernal . [1] Las arenitas de cuarzo son areniscas texturalmente maduras a supermaduras. Estas arenas de cuarzo puro son el resultado de una extensa erosión que se produjo antes y durante el transporte. Esta erosión eliminó todo menos los granos de cuarzo, el mineral más estable . Por lo general, están afiliados a rocas que se depositan en un entorno cratónico estable, como playas eólicas o entornos de plataforma. [1] Las arenitas de cuarzo emanan del reciclaje múltiple de granos de cuarzo, generalmente como rocas fuente sedimentarias y, con menos frecuencia, como depósitos de primer ciclo derivados de rocas ígneas o metamórficas primarias . [1]
Las arenitas 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 suelen ser inmaduras o submaduras. [1] Estas areniscas se encuentran en asociación con entornos de plataforma cratónica o 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 elevado de fragmentos líticos inestables. Los ejemplos incluyen clastos volcánicos y metamórficos, aunque los clastos estables como el pedernal son comunes en las arenitas líticas. [1] Este tipo de roca contiene menos del 90% de granos de cuarzo y fragmentos de roca más inestables que los feldespatos. [1] Por lo general, son inmaduros hasta submaduros en textura. [1] Están asociados a 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 del 15% de matriz arcillosa entre los granos de la estructura.
Los wackes de cuarzo son poco comunes porque las arenitas de cuarzo tienen una textura madura a supermadura. [1]
Los wackes felspáticos son areniscas feldespáticas que contienen una matriz superior al 15%. [1]
Wacke lítico es una arenisca en la que la matriz es superior al 15%. [1]
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 son borradas 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 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 un examen microscópico para distinguirla de la cuarcita metamórfica. El término ortocuarcita se utiliza para distinguir dichas rocas sedimentarias 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) suele tener un 99% de SiO 2 con sólo cantidades muy pequeñas de óxido de hierro y minerales traza resistentes 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 ortocuarcita verdadera y una arenisca de cuarzo ordinaria es que una ortocuarcita está tan fuertemente 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 se puede colocar en el punto donde los granos de cuarzo tensos comienzan a ser reemplazados por pequeños granos de cuarzo nuevos, no tensos, produciendo una textura de mortero que se puede identificar en secciones delgadas bajo un microscopio polarizador. Con un grado creciente de metamorfismo, una mayor recristalización produce una textura espumosa , 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 ) .
La piedra arenisca se ha utilizado desde tiempos prehistóricos para la construcción, [30] [31] obras de arte decorativas [32] y herramientas. [33] Se ha utilizado ampliamente en todo el mundo en la construcción de templos, [34] iglesias, [34] viviendas y otros edificios, y en ingeniería civil . [35]
Aunque su resistencia a la intemperie varía, la arenisca es fácil de trabajar. Esto lo convierte en un material común de construcción y pavimentación , incluso en el hormigón asfáltico . Sin embargo, algunos tipos que se han utilizado en el pasado, como la arenisca de Collyhurst utilizada en el noroeste de Inglaterra , han tenido poca resistencia a la intemperie a largo plazo, lo que requirió reparación y reemplazo en edificios más antiguos. [36] Debido a la dureza de los granos individuales, la uniformidad del tamaño de los granos y la friabilidad de su estructura, algunos tipos de arenisca son materiales excelentes para fabricar piedras de afilar , para afilar hojas y otros implementos. [37] La arenisca no friable se puede utilizar para fabricar piedras de amolar para moler granos, por ejemplo, piedra arenisca .
Se ha propuesto un tipo de arenisca de cuarzo puro, la ortocuarcita, con más del 90 al 95 por ciento de cuarzo, [38] para su nominación al Global Heritage Stone Resource . [39] En algunas regiones de Argentina, la fachada de piedra 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 eólica en la costa levantina
Cuenca sedimentaria : regiones de hundimiento a largo plazo que crean espacio para el relleno de sedimentos.
Arenisca de Sydney : arenisca de cuarzo de grano medio a grueso con lentes menores de esquisto y laminita.
Yorkstone - Variedad de arenisca de Yorkshire, Inglaterra
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Otras lecturas
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con la piedra arenisca .
Webb, Jonathan. Formas de arenisca 'forjadas por la gravedad' (julio de 2014), BBC News
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