Hornfels es el nombre del grupo para un conjunto de rocas metamórficas de contacto que han sido cocidas y endurecidas por el calor de masas ígneas intrusivas y se han vuelto masivas, duras, astillables y, en algunos casos, extremadamente resistentes y duraderas. [1] Estas propiedades son causadas por cristales no alineados de grano fino con hábitos laminares o prismáticos , característicos del metamorfismo a alta temperatura pero sin deformación acompañante. [2] [3] [4] El término se deriva de la palabra alemana Hornfels , que significa "piedra de cuerno", debido a su excepcional dureza y textura que recuerdan a los cuernos de animales. Los mineros del norte de Inglaterra se referían a estas rocas como piedras de afilar . [5] [6]
La mayoría de los hornfels son de grano fino y, si bien las rocas originales (como arenisca , esquisto , pizarra y piedra caliza ) pueden haber sido más o menos fisibles debido a la presencia de estratos o planos de escisión , esta estructura se borra o se vuelve inoperante en los hornfels. . Aunque muchos hornfels muestran vestigios de la ropa de cama original, [2] rompen a través de ella tan fácilmente como a lo largo de ella; de hecho, tienden a separarse en fragmentos cúbicos más que en placas delgadas. [1] Los minerales laminares pueden ser abundantes pero están alineados al azar. [7]
Los hornfels se forman con mayor frecuencia en la aureola de intrusiones graníticas en la corteza superior o media. Los hornfels formados a partir de metamorfismo de contacto por actividad volcánica muy cerca de la superficie pueden producir minerales inusuales y distintivos. [2] [3] A veces se producen cambios en la composición causados por los fluidos emitidos por el cuerpo magmático ( metasomatismo ). [8] La facies hornfels es la facies metamórfica que ocupa la porción de presión más baja del espacio metamórfico de presión-temperatura. [9]
Los hornfels más comunes (los hornfels de biotita ) son de color marrón oscuro a negro con un brillo algo aterciopelado debido a la abundancia de pequeños cristales de mica negra brillante . Además, los hornfels más comunes tienen una raya negra. Los hornfels de lima suelen ser de color blanco, amarillo, verde pálido, marrón y otros colores. El verde y el verde oscuro son los tintes predominantes de los hornfels producidos por la alteración de las rocas ígneas . Aunque en su mayor parte los granos constituyentes son demasiado pequeños para ser determinados a simple vista, a menudo hay cristales más grandes ( porfiroblastos ) de cordierita , granate o andalucita dispersos a través de la fina matriz, y estos pueden volverse muy prominentes en las caras erosionadas de la roca. [1] [10]
La estructura de los hornfels es muy característica. Muy raramente alguno de los minerales muestra forma cristalina, pero los pequeños granos encajan estrechamente entre sí como los fragmentos de un mosaico; normalmente tienen dimensiones casi iguales. A esto se le ha llamado pflaster o estructura de pavimento por el parecido con el trabajo de pavimento en bruto. Cada mineral también puede contener partículas de los demás; en el cuarzo , por ejemplo, pueden aparecer en gran número pequeños cristales de grafito , biotita, óxidos de hierro , silimanita o feldespato. A menudo, de este modo se vuelven semiopacos todos los granos. Los cristales más diminutos pueden mostrar rastros de contornos cristalinos; sin duda son de nueva formación y se han originado in situ . Esto nos lleva a creer que toda la roca se recristalizó a alta temperatura y en estado sólido, de modo que las moléculas minerales tenían poca libertad para formar cristales bien individualizados. La regeneración de la roca ha sido suficiente para borrar la mayor parte de las estructuras originales y sustituir los antiguos minerales más o menos completamente por otros nuevos. Pero la cristalización se ha visto obstaculizada por el estado sólido de la masa y los nuevos minerales carecen de forma y no han podido rechazar las impurezas, sino que han crecido alrededor de ellas. [1]
Las arcillas , pizarras sedimentarias y lutitas producen hornfels de biotita en los que el mineral más llamativo es la mica de biotita, cuyas pequeñas escamas son transparentes al microscopio y tienen un color marrón rojizo oscuro y un fuerte dicroísmo . También hay cuarzo y, a menudo, una cantidad considerable de feldespato, mientras que el grafito, la turmalina y los óxidos de hierro se encuentran frecuentemente en menor cantidad. En estos hornfels de biotita se encuentran comúnmente minerales que consisten en silicatos de aluminio; suelen ser andalucita y silimanita , pero la cianita aparece también en los hornfels, especialmente en los que tienen carácter esquistoso . La andalucita puede ser rosada y luego pleocroica en secciones delgadas, o puede ser blanca con los recintos oscuros en forma de cruz de la matriz que son característicos de la chiastolita . La silimanita suele formar agujas extremadamente diminutas incrustadas en cuarzo. [1]
En las rocas de este grupo también se encuentra cordierita, no raramente, y puede tener contornos de prismas hexagonales imperfectos que se dividen en seis sectores cuando se ven con luz polarizada. En los hornfels de biotita, una franja tenue puede indicar el lecho original de la roca inalterada y corresponde a pequeños cambios en la naturaleza del sedimento depositado. Más comúnmente hay una mancha distinta, visible en las superficies de las muestras de la mano. Las manchas son redondas o elípticas y pueden ser más pálidas u oscuras que el resto de la roca. [1] En algunos casos son ricos en grafito o materia carbonosa; [11] en otros están llenos de mica marrón; algunas manchas consisten en granos de cuarzo bastante más gruesos que los que se encuentran en la matriz. La frecuencia con la que este rasgo reaparece en las pizarras y hornfels menos alterados es bastante notable, sobre todo porque parece seguro que las manchas no son siempre de la misma naturaleza u origen. Los hornfels de turmalina se encuentran a veces cerca de los márgenes de los granitos de turmalina; son de color negro con pequeñas agujas de chorl que bajo el microscopio son de color marrón oscuro y ricamente pleocroicas. Como la turmalina contiene boro , debe haber habido alguna permeación de vapores del granito a los sedimentos. Las rocas de este grupo se ven a menudo en los distritos mineros de estaño de Cornualles , especialmente cerca de las vetas. [1]
Un segundo gran grupo de hornfels son los hornfels de calcosilicato que surgen de la alteración térmica de la piedra caliza impura . Los lechos más puros recristalizan como mármoles , pero donde originalmente ha habido una mezcla de arena o arcilla se forman silicatos calcáreos, como diópsido , epidota , granate , esfena , vesuvianita y escapolita ; con estas flogopitas se encuentran a menudo diversos feldespatos, piritas , cuarzo y actinolita . Estas rocas son de grano fino y, aunque a menudo tienen bandas, son duras y mucho más duras que las calizas originales. Son excesivamente variables en su composición mineralógica, y muy a menudo se alternan en finas vetas con hornfels de biotita y cuarcitas endurecidas . Cuando se perfunden con vapores bóricos y fluorados del granito, pueden contener mucha axinita , fluorita y datolita , pero los silicatos altiminosos están ausentes en estas rocas. [1]
A partir de diabasas , basaltos , andesitas y otras rocas ígneas se produce un tercer tipo de hornfels. Se componen esencialmente de feldespato con hornblenda (generalmente de color marrón) y piroxeno pálido. La esfena, la biotita y los óxidos de hierro son los otros constituyentes comunes, pero estas rocas muestran mucha variedad de composición y estructura. Donde la masa original se descompuso y contenía calcita, zeolitas , clorita y otros minerales secundarios, ya sea en vetas o en cavidades, generalmente hay áreas redondeadas o vetas irregulares que contienen un conjunto de nuevos minerales, que pueden parecerse a los de los hornfelses de silicato de calcio anteriores. descrito. Las estructuras porfídicas , fluidas, vesiculares o fragmentarias originales de la roca ígnea son claramente visibles en las etapas menos avanzadas del hornfelsing, pero se vuelven menos evidentes a medida que avanza la alteración. [1]
En algunas zonas se encuentran rocas hornfels que han adquirido una estructura esquistosa por cizallamiento y que forman transiciones a esquistos y gneises que contienen los mismos minerales que los hornfels, pero tienen una estructura esquistosa en lugar de hornfels. Entre estos se pueden mencionar los gneises de cordierita y silimanita, los micaesquistos de andalucita y cianita, y las rocas esquistosas de calcita-silicato que se conocen como cipolinas . Generalmente se admite que se trata de sedimentos que han sufrido alteración térmica, pero las condiciones exactas en las que se formaron no siempre están claras. Las características esenciales del hornfelsing se atribuyen a la acción del calor, la presión y los vapores permeables, regenerando un macizo rocoso sin producir fusión (al menos a gran escala). Se ha argumentado, sin embargo, que a menudo se producen grandes cambios químicos debido a la introducción de materia del granito en las rocas que lo rodean. Como prueba de ello se señala la formación de nuevos feldespatos en los hornfelses. Si bien esta felspatización puede haber ocurrido en algunas localidades, parece notoriamente ausente en otras. Actualmente, la mayoría de las autoridades consideran que los cambios son puramente de naturaleza física y no química. [1]
La facies hornfels ocupa la porción del espacio metamórfico de presión-temperatura de presión más baja y temperatura de baja a alta. Se subdivide en un régimen de baja temperatura de albita - epidota hornfels, un régimen de temperatura media de hornblenda hornfels, un régimen de alta temperatura de hornfels de piroxeno y un régimen de sanidinita de temperatura ultra alta. Este último a veces se considera una facies separada. Las presiones máximas rondan los 2 kbar y las temperaturas rondan los 300-500 C para las facies de hornfels de albita-epidota, 500-650 C para las facies de hornfels de hornblenda, 650-800 C para las facies de hornfels de piroxeno y por encima de 800 C para las facies de sanidinita . [9] [4]
Los minerales reales presentes en cada facies dependen de la composición del protolito . Para un protolito máfico, la facies hornfels de albita-epidota se caracteriza por albita y epidota o zoisita con actinolita y clorita menores . Esto da paso a hornblenda, plagioclasa , piroxeno y granate en las facies de hornfels de hornblenda, que a su vez da paso a ortopiroxeno , augita , plagioclasa y trazas de granate características en las facies de hornfels de piroxeno y facies de sanidinita, siendo estos dos últimos indistinguibles por este motivo. composición del protolito. [9]
Para un protolito ultramáfico, la facies albita-epidota se caracteriza por serpentina , talco , tremolita y clorita, dando paso a forsterita , ortopiroxeno, hornblenda, clorita y espinela y magnetita de aluminio menores características en la facies de hornblenda, que a su vez da paso a forsterita, ortopiroxeno, augita, plagioclasa y espinela de aluminio en la facies de hornfels de piroxeno. La facies de sanidinita para esta composición se diferencia de la facies de hornfels de piroxeno sólo en la desaparición de la espinela de aluminio. [9]
Para un protolito pelítico, la secuencia es cuarzo , plagioclasa, moscovita , clorita y cordierita en la facies albita-epidota; cuarzo, plagioclasa, moscovita, biotita, cordierita y andalucita en la facies de hornblenda hornfels; y cuarzo, plagioclasa, ortoclasa, andalucita, silimanita , cordierita y ortopiroxeno en la facies de hornfels de piroxeno. La facies de sanidinita presenta cuarzo, plagioclasa, silimanita, cordierita, ortopiroxeno, zafirina y espinela de aluminio. [12] [9]
Para un protolito calcáreo, la secuencia es calcita , dolomita , cuarzo, tremolita, talco y forsterita para la facies de hornfels de albita-epidota; calcita, dolomita, cuarzo, tremolita, diópsido y forsterita para la facies de hornblenda hornfels; calcita, cuarzo, dipósido, forsterita y wollastonita para la facies de hornfels de piroxeno; y calcita, cuarzo, diópsido, forsterita, wollastonita, monticelita y akermanita para las facies de sanidinita. [9]
Los Hornfels tienen la capacidad de resonar cuando son golpeados. Michael Tellinger había descrito estas piedras en Sudáfrica, también conocidas como "piedras de anillo" debido a su capacidad de sonar como una campana. [13] Las Piedras Musicales de Skiddaw son un ejemplo de litófono hecho de hornfels. [14]
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