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Concreción

Concreciones en Torysh , Kazajstán occidental
Concreciones con forma de lente de una isla en el río Moldava, Praga, República Checa
Concreción de agregados de marga , Sault Ste. Marie, Michigan , Estados Unidos

Una concreción es una masa dura y compacta formada por la precipitación de cemento mineral dentro de los espacios entre partículas, y se encuentra en rocas sedimentarias o suelos . [1] Las concreciones suelen tener forma ovoide o esférica, aunque también se dan formas irregulares. La palabra "concreción" se deriva del latín concretio "(acto de) compactar, condensar, solidificar, unir", que a su vez proviene de con que significa "juntos" y crescere que significa "crecer". [2]

Las concreciones se forman dentro de capas de estratos sedimentarios que ya se han depositado. Por lo general, se forman en las primeras etapas de la historia de enterramiento del sedimento, antes de que el resto del sedimento se endurezca y se convierta en roca. Este cemento concrecionario a menudo hace que la concreción sea más dura y más resistente a la erosión que el estrato anfitrión .

Hay una distinción importante que se debe establecer entre concreciones y nódulos . Las concreciones se forman a partir de la precipitación mineral alrededor de algún tipo de núcleo, mientras que un nódulo es un cuerpo de reemplazo.

Las descripciones que datan del siglo XVIII dan fe de que las concreciones han sido consideradas durante mucho tiempo curiosidades geológicas. Debido a la variedad de formas, tamaños y composiciones inusuales, las concreciones han sido interpretadas como huevos de dinosaurio , fósiles de animales y plantas (llamados pseudofósiles ), restos extraterrestres o artefactos humanos .

Orígenes

Roca de concreción con núcleo blanco del Jurásico Medio de Irán

Estudios detallados han demostrado que las concreciones se forman después de que los sedimentos son enterrados pero antes de que el sedimento esté completamente litificado durante la diagénesis . [3] [4] [5] [6] [7] [8] Por lo general, se forman cuando un mineral precipita y cementa el sedimento alrededor de un núcleo, que a menudo es orgánico, como una hoja, un diente, un trozo de concha o un fósil . Por esta razón, los coleccionistas de fósiles comúnmente rompen las concreciones en su búsqueda de especímenes fósiles de animales y plantas. [9] Algunos de los núcleos de concreción más inusuales son los proyectiles militares de la Segunda Guerra Mundial , las bombas y la metralla , que se encuentran dentro de las concreciones de siderita encontradas en una marisma costera inglesa . [10]

Dependiendo de las condiciones ambientales presentes en el momento de su formación, las concreciones pueden ser creadas por crecimiento concéntrico o generalizado. [11] [12] En el crecimiento concéntrico, la concreción crece a medida que capas sucesivas de precipitado mineral alrededor de un núcleo central. Este proceso da como resultado concreciones aproximadamente esféricas que crecen con el tiempo. En el caso del crecimiento generalizado, la cementación de los sedimentos anfitriones , al rellenar su espacio poroso con minerales precipitados, ocurre simultáneamente en todo el volumen del área, que con el tiempo se convierte en una concreción. Las concreciones a menudo quedan expuestas en la superficie por la erosión posterior que elimina el material más débil y no cementado.

Apariencia

Muestras de pequeñas concreciones de roca encontradas en el parque estatal McConnells Mill en Pensilvania

Las concreciones varían en forma, dureza y tamaño, desde objetos que requieren una lente de aumento para ser claramente visibles [13] hasta cuerpos enormes de tres metros de diámetro y que pesan varios miles de libras. [14] Las concreciones gigantes y rojas que se encuentran en el Parque Nacional Theodore Roosevelt , en Dakota del Norte , tienen casi 3 m (9,8 pies) de diámetro. [15] Se han encontrado concreciones esferoidales, de hasta 9 m (30 pies) de diámetro, erosionándose en la Formación Qasr el Sagha dentro de la depresión de Faiyum en Egipto. [16] Las concreciones se presentan en una amplia variedad de formas, incluidas esferas, discos, tubos y agregados similares a uvas o burbujas de jabón . [17]

Composición

Concreciones esféricas incrustadas en arenisca en el Parque Estatal del Desierto de Anza-Borrego en Estados Unidos

Las concreciones se componen comúnmente de un mineral presente como un componente menor de la roca madre. Por ejemplo, las concreciones en areniscas o lutitas se forman comúnmente de un mineral de carbonato como la calcita ; las de las calizas son comúnmente una forma amorfa o microcristalina de sílice como el sílex , el pedernal o el jaspe ; mientras que las de la lutita negra pueden estar compuestas de pirita . [18] Otros minerales que forman concreciones incluyen óxidos o hidróxidos de hierro (como la goethita y la hematita ), [19] [20] dolomita , siderita , [21] ankerita , [22] marcasita , [23] barita , [24] [25] y yeso . [26]

Aunque las concreciones suelen estar formadas por un único mineral dominante, [27] pueden estar presentes otros minerales dependiendo de las condiciones ambientales que las hayan creado. Por ejemplo, las concreciones de carbonato, que se forman en respuesta a la reducción de sulfatos por parte de bacterias , suelen contener porcentajes menores de pirita. [28] Otras concreciones, que se forman como resultado de la reducción microbiana de sulfatos, están formadas por una mezcla de calcita, barita y pirita. [29]

Aparición

Arenisca de la Formación Vaqueros con concreciones
Un mosaico de imágenes que muestra esférulas, algunas parcialmente incrustadas, esparcidas sobre granos de suelo (más pequeños) en la superficie marciana.

Las concreciones se encuentran en una variedad de rocas, pero son particularmente comunes en lutitas , limolitas y areniscas . [30] A menudo se parecen exteriormente a fósiles o rocas que parecen no pertenecer al estrato en el que se encontraron. [31] Ocasionalmente, las concreciones contienen un fósil, ya sea como su núcleo o como un componente que se ha incorporado durante su crecimiento, pero las concreciones no son fósiles en sí mismas. [18] Aparecen en parches nodulares, concentrados a lo largo de los planos de estratificación, [18] o sobresaliendo de los acantilados erosionados. [32]

El rover Opportunity ha observado pequeñas concreciones de hematita o esférulas marcianas en el cráter Eagle de Marte. [33]

Tipos de concreción

Las concreciones varían considerablemente en sus composiciones, formas, tamaños y modos de origen.

Concreciones septarianas

Rocas de Moeraki , Nueva Zelanda
Un corte de un nódulo septario típico rico en carbonato.

Las concreciones septarianas (o nódulos septarianos ) son concreciones ricas en carbonato que contienen cavidades angulares o grietas ( septaria ; sg. septarium , del latín septum "partición, elemento separador", refiriéndose a las grietas o cavidades que separan bloques poligonales de material endurecido). [34] [35] Los nódulos septarianos se encuentran característicamente en lutitas ricas en carbonato. Por lo general, muestran una estructura interna de bloques poliédricos (la matriz ) separados por grietas radiales llenas de minerales (las septaria) que se estrechan hacia el borde de la concreción. Las grietas radiales a veces intersecan un segundo conjunto de grietas concéntricas. [36] [34] Sin embargo, las grietas pueden ser muy variables en forma y volumen, así como en el grado de contracción que indican. [37] La ​​matriz generalmente está compuesta de carbonato arcilloso, como la arcilla de hierro, mientras que el relleno de la grieta suele ser calcita. [36] [34] La calcita a menudo contiene una cantidad significativa de hierro (calcita ferrosa) y puede tener inclusiones de pirita y minerales arcillosos. La calcita marrón común en la septaria también puede estar coloreada por compuestos orgánicos producidos por la descomposición bacteriana de la materia orgánica en los sedimentos originales. [38]

Las concreciones septarianas se encuentran en muchos tipos de lutitas, incluidas las limolitas lacustres como el Grupo Beaufort del noroeste de Mozambique, [39] pero se encuentran más comúnmente en lutitas marinas , como la Formación de Lutitas Staffin de Skye , [38] la Arcilla Kimmeridge de Inglaterra, [40] [41] o el Grupo Mancos de América del Norte. [42]

Se cree comúnmente que las concreciones crecieron de manera incremental desde adentro hacia afuera. La zonificación química y textural en muchas concreciones es consistente con este modelo concéntrico de formación. Sin embargo, la evidencia es ambigua, y muchas o la mayoría de las concreciones pueden haberse formado por cementación generalizada de todo el volumen de la concreción al mismo tiempo. [43] [44] [38] Por ejemplo, si la porosidad después de la cementación temprana varía a lo largo de la concreción, entonces la cementación posterior que llena esta porosidad produciría zonificación compositiva incluso con una composición uniforme del agua de los poros. [44] Ya sea que la cementación inicial fuera concéntrica o generalizada, hay evidencia considerable de que ocurrió rápidamente y a poca profundidad de enterramiento. [45] [46] [47] [38] En muchos casos, hay evidencia clara de que la concreción inicial se formó alrededor de algún tipo de núcleo orgánico. [48]

El origen de las septaria ricas en carbonato todavía se debate. Una posibilidad es que la deshidratación endurezca la capa exterior de la concreción mientras hace que la matriz interior se encoja hasta que se agriete. [36] [34] La contracción de una matriz aún húmeda también puede tener lugar a través de sinéresis , en la que las partículas de material coloidal en el interior de la concreción se unen gradualmente con más fuerza mientras expulsan agua. [39] Otra posibilidad es que la cementación temprana reduzca la permeabilidad de la concreción, atrapando fluidos de poros y creando un exceso de presión de poro durante el enterramiento continuo. Esto podría agrietar el interior a profundidades tan bajas como 10 metros (33 pies). [49] Una teoría más especulativa es que las septaria se forman por fractura frágil resultante de terremotos . [50] Independientemente del mecanismo de formación de grietas, las septaria, al igual que la concreción misma, probablemente se forman a una profundidad de enterramiento relativamente baja de menos de 50 metros (160 pies) [51] y posiblemente tan poco como 12 metros (39 pies). Las concreciones geológicamente jóvenes de los lechos de Errol de Escocia muestran una textura consistente con la formación a partir de sedimentos floculados que contienen materia orgánica, cuya descomposición dejó pequeñas burbujas de gas (30 a 35 micrones de diámetro) y un jabón de sales de ácidos grasos de calcio. La conversión de estos ácidos grasos en carbonato de calcio puede haber promovido la contracción y fractura de la matriz. [46] [38]

Un modelo para la formación de concreciones septarianas en las lutitas de Staffin sugiere que las concreciones comenzaron como masas semirrígidas de arcilla floculada. Las partículas individuales de arcilla coloidal estaban unidas por sustancias poliméricas extracelulares o EPS producidas por bacterias colonizadoras. La descomposición de estas sustancias, junto con la sinéresis del lodo huésped, produjo tensiones que fracturaron el interior de las concreciones mientras aún se encontraban a poca profundidad de enterramiento. Esto fue posible solo con la colonización bacteriana y la velocidad de sedimentación adecuada. Se formaron fracturas adicionales durante episodios posteriores de enterramiento superficial (durante el Cretácico) o levantamiento (durante el Paleógeno). El agua derivada de la lluvia y la nieve (agua meteórica) se infiltró más tarde en los estratos y depositó calcita ferrosa en las grietas. [38]

Las concreciones septarianas a menudo registran una historia compleja de formación que proporciona a los geólogos información sobre la diagénesis temprana , las etapas iniciales de la formación de roca sedimentaria a partir de sedimentos no consolidados. La mayoría de las concreciones parecen haberse formado a profundidades de enterramiento donde los microorganismos reductores de sulfato están activos. [41] [52] Esto corresponde a profundidades de enterramiento de 15 a 150 metros (49 a 492 pies), y se caracteriza por la generación de dióxido de carbono, aumento de la alcalinidad y precipitación de carbonato de calcio. [53] Sin embargo, existe cierta evidencia de que la formación continúa hasta bien entrada la zona metanogénica debajo de la zona de reducción de sulfato. [54] [38] [42]

Un ejemplo espectacular de concreciones septarianas de cantos rodados , que tienen hasta 3 metros (9,8 pies) de diámetro, son los Moeraki Boulders . Estas concreciones se encuentran erosionándose de la lutita del Paleoceno de la Formación Moeraki expuesta a lo largo de la costa cerca de Moeraki , Isla Sur , Nueva Zelanda . Están compuestas de lodo cementado con calcita con vetas septarianas de calcita y cuarzo raro de etapa tardía y dolomita ferrosa . [55] [56] [57] [58] Las concreciones septarianas mucho más pequeñas que se encuentran en la arcilla de Kimmeridge expuesta en acantilados a lo largo de la costa de Wessex en Inglaterra son ejemplos más típicos de concreciones septarianas. [59]

Concreciones en forma de bala de cañón

Concreciones en Bowling Ball Beach (condado de Mendocino, California, Estados Unidos) erosionadas por lutitas cenozoicas muy inclinadas

Las concreciones de bala de cañón son grandes concreciones esféricas, que se parecen a las balas de cañón. Se encuentran a lo largo del río Cannonball en los condados de Morton y Sioux, Dakota del Norte , y pueden alcanzar los 3 m (9,8 pies) de diámetro. Fueron creadas por la cementación temprana de arena y limo por calcita . Concreciones de bala de cañón similares, que tienen hasta 4 a 6 m (13 a 20 pies) de diámetro, se encuentran asociadas con afloramientos de arenisca de la Formación Frontier en el noreste de Utah y el centro de Wyoming . Se formaron por la cementación temprana de arena por calcita. [60] Concreciones de bala de cañón gigantes algo meteorizadas y erosionadas, de hasta 6 metros (20 pies) de diámetro, se encuentran en abundancia en " Rock City " en el condado de Ottawa, Kansas . También se encuentran rocas grandes y esféricas a lo largo de la playa Koekohe cerca de Moeraki en la costa este de la Isla Sur de Nueva Zelanda . [61] Los cantos rodados de Moeraki , los cantos rodados de Ward Beach y los cantos rodados de Koutu de Nueva Zelanda son ejemplos de concreciones septarias, que también son concreciones en forma de bala de cañón. Las grandes rocas esféricas, que se encuentran en la orilla del lago Huron cerca de Kettle Point, Ontario , y conocidas localmente como "kettles" , son concreciones típicas en forma de bala de cañón. También se han reportado concreciones en forma de bala de cañón en Van Mijenfjorden , Spitsbergen ; cerca de Haines Junction , Territorio del Yukón , Canadá ; Tierra de Jameson , Groenlandia Oriental ; cerca de Mecevici, Ozimici y Zavidovici en Bosnia-Herzegovina; en Alaska en el Parque Estatal Capitán Cook de la Península Kenai al norte de la playa de Cook Inlet [62] y en la Isla Kodiak al noreste de Fossil Beach. [63] Este tipo de concreción también se encuentra en Rumania, donde se las conoce como trovants . [64] [65]

Concreciones de hiato

Concreción de hiato incrustada por briozoos (formas delgadas y ramificadas) y un edrioasteroide ; Formación Kope (Ordovícico superior), norte de Kentucky
Concreciones de hiato en la base de la Formación Menuha (Cretácico Superior), Néguev , sur de Israel

Las concreciones de hiato se distinguen por su historia estratigráfica de exhumación, exposición y entierro. Se encuentran donde la erosión submarina ha concentrado concreciones diagenéticas tempranas como superficies de retraso al lavar sedimentos de grano fino circundantes. [66] Su importancia para la estratigrafía, sedimentología y paleontología fue notada por primera vez por Voigt, quien se refirió a ellas como Hiatus-Konkretionen . [67] "Hiato" se refiere a la ruptura en la sedimentación que permitió esta erosión y exposición. Se encuentran en todo el registro fósil, pero son más comunes durante los períodos en los que prevalecieron las condiciones del mar de calcita , como el Ordovícico , el Jurásico y el Cretácico . [66] La mayoría se forman a partir de los rellenos cementados de sistemas de madrigueras en sedimentos siliciclásticos o carbonatados.

Una característica distintiva de las concreciones hiatales que las separa de otros tipos es que a menudo estaban incrustadas por organismos marinos, incluidos briozoos , equinodermos y gusanos tubícolas en el Paleozoico [68] y briozoos, ostras y gusanos tubícolas en el Mesozoico y el Cenozoico. Las concreciones hiatales también suelen estar perforadas significativamente por gusanos y bivalvos. [69]

Concreciones alargadas

Las concreciones alargadas se forman paralelas a los estratos sedimentarios y se han estudiado ampliamente debido a la influencia inferida de la dirección del flujo de agua subterránea de la zona freática (saturada) en la orientación del eje de elongación. [70] [60] [71] [72] Además de proporcionar información sobre la orientación del flujo de fluido pasado en la roca madre, las concreciones alargadas pueden brindar información sobre las tendencias de permeabilidad local (es decir, la estructura de correlación de la permeabilidad; variación en la velocidad del agua subterránea, [73] y los tipos de características geológicas que influyen en el flujo.

Las concreciones alargadas son bien conocidas en la formación de arcilla Kimmeridge del noroeste de Europa. En los afloramientos, donde han adquirido el nombre de "doggers", por lo general tienen solo unos pocos metros de ancho, pero en el subsuelo se puede ver que penetran hasta decenas de metros de dimensión longitudinal. Sin embargo, a diferencia de los lechos de piedra caliza, es imposible correlacionarlas de manera consistente incluso entre pozos muy espaciados. [ cita requerida ]

Canicas Moqui

Mármoles moqui, hematita, concreciones de goethita, de la arenisca Navajo del sudeste de Utah. El cubo en forma de "W" en la parte superior mide un centímetro cúbico.

Las canicas Moqui , también llamadas bolas Moqui o "canicas Moki", son concreciones de óxido de hierro que se pueden encontrar erosionándose en gran abundancia en afloramientos de arenisca Navajo en el centro-sur y sureste de Utah. Estas concreciones varían en forma, desde esferas hasta discos, botones, bolas con púas, formas cilíndricas y otras formas extrañas. Varían del tamaño de un guisante al tamaño de una pelota de béisbol. [74] [75]

Las concreciones se crearon por la precipitación de hierro, que se disolvió en el agua subterránea. El hierro estaba presente originalmente como una fina película de óxido de hierro que rodeaba los granos de arena en la arenisca Navajo. El agua subterránea que contenía metano o petróleo de los lechos de roca subyacentes reaccionó con el óxido de hierro, convirtiéndolo en hierro reducido soluble . Cuando el agua subterránea que contenía hierro entró en contacto con agua subterránea más rica en oxígeno, el hierro reducido se convirtió nuevamente en óxido de hierro insoluble, que formó las concreciones. [74] [75] [76] Es posible que el hierro reducido formara primero concreciones de siderita que luego se oxidaron. Las bacterias oxidantes del hierro pueden haber jugado un papel. [77]

El pop rock de Kansas

Las rocas pop de Kansas son concreciones de sulfuro de hierro, es decir, pirita y marcasita , o en algunos casos jarosita , que se encuentran en afloramientos del Miembro de Tiza Smoky Hill de la Formación Niobrara dentro del Condado de Gove, Kansas . Por lo general, están asociadas con capas delgadas de ceniza volcánica alterada, llamada bentonita , que se encuentran dentro de la tiza que comprende el Miembro de Tiza Smoky Hill. Algunas de estas concreciones encierran, al menos en parte, grandes valvas aplanadas de bivalvos inoceramidas . Estas concreciones varían en tamaño desde unos pocos milímetros hasta 0,7 m (2,3 pies) de longitud y 12 cm (0,39 pies) de espesor. La mayoría de estas concreciones son esferoides achatados . Otras "rocas pop" son pequeñas concreciones de pirita policuboidal, que tienen hasta 7 cm (0,23 pies) de diámetro. Estas concreciones se denominan "pop rocks" porque explotan si se arrojan al fuego. Además, cuando se cortan o se golpean con un martillo, producen chispas y un olor a azufre quemado. Contrariamente a lo que se ha publicado en Internet, ninguna de las concreciones de sulfuro de hierro que se encuentran en el Miembro de tiza de Smoky Hill se creó ni por reemplazo de fósiles ni por procesos metamórficos. De hecho, las rocas metamórficas están completamente ausentes del Miembro de tiza de Smoky Hill. [78] En cambio, todas estas concreciones de sulfuro de hierro se crearon por la precipitación de sulfuros de hierro dentro de lodo calcáreo marino anóxico después de que se había acumulado y antes de que se hubiera litificado en tiza.

Piedra de hadas Marleka de Stensö, Suecia

Las concreciones de sulfuro de hierro, como las rocas pop de Kansas, que consisten en pirita y marcasita , no son magnéticas. [79] Por otro lado, las concreciones de sulfuro de hierro, que están compuestas o contienen pirrotita o esmitita, serán magnéticas en distintos grados. [80] El calentamiento prolongado de una concreción de pirita o marcasita convertirá porciones de cualquiera de los minerales en pirrotita, lo que hará que la concreción se vuelva ligeramente magnética.

Piedras de arcilla, perros de arcilla y piedras de hadas

Las concreciones en disco compuestas de carbonato de calcio se encuentran a menudo erosionándose de afloramientos de limo y arcilla interlaminados , depósitos lacustres proglaciales varvados . Por ejemplo, se han encontrado grandes cantidades de concreciones sorprendentemente simétricas erosionándose de afloramientos de sedimentos lacustres proglaciales cuaternarios a lo largo y en las gravas del río Connecticut y sus afluentes en Massachusetts y Vermont . Dependiendo de la fuente específica de estas concreciones, varían en una variedad infinita de formas que incluyen formas de disco; formas de medialuna; formas de reloj; formas cilíndricas o de maza; masas botrioidales; y formas similares a animales. Pueden variar en longitud desde 2 pulgadas (5,1 cm) hasta más de 22 pulgadas (56 cm) y a menudo presentan ranuras concéntricas en sus superficies. En el valle del río Connecticut , estas concreciones a menudo se denominan "arcillosas" porque las concreciones son más duras que la arcilla que las encierra. En las ladrilleras locales, se les llamaba "perros de arcilla" ya sea por sus formas similares a animales o porque las concreciones eran molestias para moldear ladrillos. [81] [82] [83] También se han encontrado concreciones de carbonato de calcio similares en forma de disco en el valle del río Harricana en la región administrativa de Abitibi-Témiscamingue de Quebec , y en el condado de Östergötland , Suecia. En Escandinavia , se las conoce como "marlekor" ("piedras de hadas"). [84] [85]

Gogottes

Concreción de Gogotte

Las gogottes  [fr] son ​​concreciones de arenisca que se encuentran en sedimentos del Oligoceno (~30 millones de años) cerca de Fontainebleau , Francia. Las gogottes han alcanzado precios elevados en subastas debido a su calidad similar a la de una escultura. [86]

Véase también

Referencias

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