Las rocas de barro son una clase de rocas sedimentarias siliciclásticas de grano fino . Los distintos tipos de lutitas incluyen limolita , arcilla , lutita , pizarra y esquisto . La mayoría de las partículas que componen la piedra miden menos de 1 ⁄ 16 mm (0,0625 mm; 0,00246 pulgadas) y son demasiado pequeñas para estudiarlas fácilmente en el campo. A primera vista, los tipos de rocas parecen bastante similares; sin embargo, existen diferencias importantes en composición y nomenclatura.
Ha habido un gran desacuerdo en torno a la clasificación de las rocas de barro. Algunos obstáculos importantes para su clasificación incluyen los siguientes:
Las rocas fangosas constituyen el 50% de las rocas sedimentarias en el registro geológico y son fácilmente los depósitos más extendidos en la Tierra. Los sedimentos finos son el producto más abundante de la erosión y estos sedimentos contribuyen a la omnipresencia general de las rocas de barro. [1] Con el aumento de la presión a lo largo del tiempo, los minerales arcillosos laminares pueden alinearse, con la aparición de capas paralelas ( fisibilidad ). Este material finamente estratificado que se divide fácilmente en capas delgadas se llama esquisto , a diferencia de la lutita . La falta de fisibilidad o estratificación en la lutita puede deberse a la textura original o a la alteración de la estratificación por organismos excavadores en el sedimento antes de la litificación .
Desde el comienzo de la civilización, cuando la cerámica y los adobes se fabricaban a mano, hasta ahora, las rocas de adobe han sido importantes. El primer libro sobre fango, Geologie des Argils de Millot, no se publicó hasta 1964; sin embargo, los científicos, ingenieros y productores de petróleo han comprendido la importancia de las rocas de barro desde el descubrimiento de Burgess Shale y la relación entre las rocas de barro y el petróleo. La literatura sobre este tipo de roca omnipresente ha aumentado en los últimos años y la tecnología continúa permitiendo un mejor análisis.
Las rocas de barro, por definición, consisten en al menos un cincuenta por ciento de partículas del tamaño de lodo . Específicamente, el lodo se compone de partículas del tamaño de un limo que tienen entre 1/16 – 1/256 ((1/16) 2 ) de milímetro de diámetro, y partículas del tamaño de arcilla que tienen menos de 1/256 milímetro.
Las rocas fangosas contienen principalmente minerales arcillosos, cuarzo y feldespatos . También pueden contener las siguientes partículas de menos de 63 micrómetros: calcita , dolomita , siderita , pirita , marcasita , minerales pesados e incluso carbono orgánico. [1]
Existen varios sinónimos para rocas siliciclásticas de grano fino que contienen el cincuenta por ciento o más de sus constituyentes en menos de 1/256 de milímetro. Lutitas , lutitas , lutitas y argilitas son calificativos comunes o términos generales; sin embargo, el término mudrock se ha convertido cada vez más en la terminología elegida por los autores y geólogos sedimentarios.
El término "mudrock" permite subdivisiones adicionales de limolita , arcilla , lutita y lutita . Por ejemplo, una limolita estaría hecha de más del 50 por ciento de granos que equivalen a 1/16 - 1/256 de milímetro. "Esquisto" denota fisión, lo que implica la capacidad de separarse fácilmente o romperse en paralelo a la estratificación. La limolita, la lutita y la arcilla implican detritos litificados o endurecidos sin fisibilidad. [2]
En general, "rocas de barro" puede ser el término calificativo más útil, porque permite dividir las rocas por su mayor porción de granos contribuyentes y su respectivo tamaño de grano, ya sea limo, arcilla o lodo.
Una arcilla arcillosa es una roca de barro litificada y no escindible. Para que una roca sea considerada arcillosa debe estar compuesta por al menos un cincuenta por ciento de arcilla ( filosilicatos ), cuya partícula mide menos de 1/256 de milímetro de tamaño. Los minerales arcillosos son parte integral de las rocas de fango y representan el primer o segundo componente más abundante por volumen. Hacen que los lodos sean cohesivos y plásticos, o capaces de fluir. Los minerales arcillosos suelen ser de grano muy fino y representan las partículas más pequeñas reconocidas en las rocas de barro. Sin embargo, el cuarzo, el feldespato, los óxidos de hierro y los carbonatos también pueden erosionarse hasta alcanzar el tamaño de los típicos granos minerales de arcilla. [3]
Para comparar el tamaño, una partícula del tamaño de una arcilla es 1/1000 del tamaño de un grano de arena. Esto significa que una partícula de arcilla viajará 1000 veces más lejos a una velocidad constante del agua, por lo que requerirá condiciones más silenciosas para su asentamiento. [2]
La formación de la arcilla es bien conocida y puede provenir del suelo, de las cenizas volcánicas y de las glaciaciones. Las antiguas rocas de barro son otra fuente, porque se desgastan y se desintegran fácilmente. Los feldespatos, los anfíboles, los piroxenos y el vidrio volcánico son los principales donantes de minerales arcillosos. [3]
Una lutita es una roca sedimentaria siliciclástica que contiene una mezcla de partículas del tamaño de limo y arcilla (al menos 1/3 de cada una). [4]
La terminología de "lutita" no debe confundirse con el esquema de clasificación de Dunham para calizas. En la clasificación de Dunham, una lutita es cualquier piedra caliza que contiene menos del diez por ciento de granos de carbonato. Tenga en cuenta que una lutita siliciclástica no se ocupa de los granos de carbonato. Friedman, Sanders y Kopaska-Merkel (1992) sugieren el uso de "lutita caliza" para evitar confusión con rocas siliciclásticas.
Una limolita es una roca de barro litificada y no escindible. Para que una roca sea nombrada limolita, debe contener más del cincuenta por ciento de material del tamaño de un limo. El limo es cualquier partícula más pequeña que la arena, 1/16 de milímetro, y más grande que la arcilla, 1/256 de milímetro. Se cree que el limo es producto de la erosión física, que puede implicar congelación y descongelación, expansión térmica y liberación de presión. La meteorización física no implica ningún cambio químico en la roca y puede resumirse mejor como la ruptura física de una roca.
Una de las mayores proporciones de limo que se encuentran en la Tierra se encuentra en el Himalaya, donde las filitas están expuestas a precipitaciones de hasta cinco a diez metros (16 a 33 pies) al año. El cuarzo y el feldespato son los mayores contribuyentes al reino del limo, y el limo tiende a no ser cohesivo ni plástico, pero puede licuarse fácilmente.
Hay una prueba sencilla que se puede hacer en el campo para determinar si una roca es limolita o no, y es ponerse la roca en los dientes. Si la roca se siente "arenosa" contra los dientes, entonces es limolita.
El esquisto es una roca de barro laminada, dura y de grano fino, que consta de minerales arcillosos y limo de cuarzo y feldespato. El esquisto está litificado y escindible. Debe tener al menos el 50 por ciento de sus partículas miden menos de 0,062 mm. Este término se limita a rocas arcillosas o arcillosas.
Hay muchas variedades de esquisto, incluidas las calcáreas y las ricas en materia orgánica; sin embargo, el esquisto negro, o esquisto rico en materia orgánica, merece una evaluación más detallada. Para que una lutita sea lutita negra, debe contener más del uno por ciento de carbono orgánico. Una buena roca generadora de hidrocarburos puede contener hasta un veinte por ciento de carbono orgánico. Generalmente, el esquisto negro recibe su aporte de carbono de las algas , que se descomponen y forman un lodo conocido como sapropel . Cuando este exudado se cocina a la presión deseada, de tres a seis kilómetros (1,8 a 3,7 millas) de profundidad y a una temperatura de 90 a 120 °C (194 a 248 °F), se formará kerógeno . El kerógeno se puede calentar y produce hasta 10 a 150 galones estadounidenses (0,038 a 0,568 m 3 ) de productos de petróleo y gas natural por tonelada de roca. [2]
La pizarra es una lutita dura que ha sufrido metamorfismo y tiene una división bien desarrollada. Ha pasado por metamorfismo a temperaturas entre 200 y 250 °C (392 y 482 °F), o deformación extrema. Dado que la pizarra se forma en el ámbito inferior del metamorfismo, en función de la presión y la temperatura, la pizarra conserva su estratificación y puede definirse como una roca dura y de grano fino. [3]
La pizarra se utiliza a menudo para tejados, suelos o paredes de piedra antiguas. Tiene una apariencia atractiva y son deseables su escote ideal y su textura suave.
La mayoría de las rocas de lodo se forman en océanos o lagos, porque estos ambientes proporcionan las aguas tranquilas necesarias para la deposición. Aunque las rocas de barro se pueden encontrar en todos los entornos de depósito de la Tierra, la mayoría se encuentran en lagos y océanos.
Las fuertes lluvias proporcionan el movimiento cinético necesario para el transporte de lodo, arcilla y limo. El sudeste asiático, incluidos Bangladesh y la India, recibe grandes cantidades de lluvia procedente de los monzones, que luego arrastran sedimentos del Himalaya y las zonas circundantes al océano Índico.
Los climas cálidos y húmedos son mejores para la erosión de las rocas, y hay más barro en las plataformas oceánicas frente a las costas tropicales que en las plataformas templadas o polares. El sistema amazónico, por ejemplo, tiene la tercera carga de sedimentos más grande de la Tierra, y las lluvias aportan arcilla, limo y lodo de los Andes en Perú, Ecuador y Bolivia. [5]
Los ríos, las olas y las corrientes costeras separan el lodo, el limo y la arcilla de la arena y la grava debido a la velocidad de caída. Los ríos más largos, con pendientes bajas y grandes cuencas hidrográficas, tienen la mejor capacidad de carga de lodo. El río Mississippi, un buen ejemplo de río largo y de baja pendiente con una gran cantidad de agua, transportará lodo desde sus secciones más al norte y depositará el material en su delta dominado por lodo.
A continuación se muestra una lista de varios entornos que actúan como fuentes, modos de transporte a los océanos y entornos de deposición de rocas de lodo.
The Ganges in India, the Yellow in China, and the Lower Mississippi in the United States are good examples of alluvial valleys. These systems have a continuous source of water, and can contribute mud through overbank sedimentation, when mud and silt is deposited overbank during flooding, and oxbow sedimentation where an abandoned stream is filled by mud.[3]
In order for an alluvial valley to exist there must be a highly elevated zone, usually uplifted by active tectonic movement, and a lower zone, which acts as a conduit for water and sediment to the ocean.
Vast quantities of mud and till are generated by glaciations and deposited on land as till and in lakes.[3] Glaciers can erode already susceptible mudrock formations, and this process enhances glacial production of clay and silt.
The Northern Hemisphere contains 90-percent of the world's lakes larger than 500 km (310 mi), and glaciers created many of those lakes. Lake deposits formed by glaciation, including deep glacial scouring, are abundant.[3]
Although glaciers formed 90-percent of lakes in the Northern Hemisphere, they are not responsible for the formation of ancient lakes. Ancient lakes are the largest and deepest in the world, and hold up to twenty percent of today's petroleum reservoirs. They are also the second most abundant source of mudrocks, behind marine mudrocks.[3]
Ancient lakes owe their abundance of mudrocks to their long lives and thick deposits. These deposits were susceptible to changes in oxygen and rainfall, and offer a robust account of paleoclimate consistency.
A delta is a subaerial or subaqueous deposit formed where rivers or streams deposit sediment into a water body. Deltas, such as the Mississippi and Congo, have massive potential for sediment deposit, and can move sediments into deep ocean waters. Delta environments are found at the mouth of a river, where its waters slow as they enter the ocean, and silt and clay are deposited.
Low energy deltas, which deposit a great deal of mud, are located in lakes, gulfs, seas, and small oceans, where coastal currents are also low. Sand and gravel-rich deltas are high-energy deltas, where waves dominate, and mud and silt are carried much farther from the mouth of the river.[3]
Coastal currents, mud supply, and waves are a key factor in coastline mud deposition. The Amazon River supplies 500 million tons of sediment, which is mostly clay, to the coastal region of northeastern South America. 250 tons of this sediment moves along the coast and is deposited. Much of the mud accumulated here is more than 20 meters (65 feet) thick, and extends 30 kilometers (19 mi) into the ocean.[3]
Much of the sediment carried by the Amazon can come from the Andes mountains, and the final distance traveled by the sediment is 6,000 km (3,700 mi).[3]
70-percent of the Earth's surface is covered by ocean, and marine environments are where we find the world's highest proportion of mudrocks. There is a great deal of lateral continuity found in the ocean, as opposed to continents which are confined.
In comparison, continents are temporary stewards of mud and silt, and the inevitable home of mudrock sediments is the oceans. Reference the mudrock cycle below in order to understand the burial and resurgence of the various particles.
There are various environments in the oceans, including deep-sea trenches, abyssal plains, volcanic seamounts, convergent, divergent, and transform plate margins.[6] Not only is land a major source of the ocean sediments, but organisms living within the ocean contribute, as well.
The world's rivers transport the largest volume of suspended and dissolved loads of clay and silt to the sea, where they are deposited on ocean shelves. At the poles, glaciers and floating ice drop deposits directly to the sea floor. Winds can provide fine grained material from arid regions, and explosive volcanic eruptions contribute as well. All of these sources vary in the rate of their contribution.[6]
Sediment moves to the deeper parts of the oceans by gravity, and the processes in the ocean are comparable to those on land.
Location has a large impact on the types of mudrocks found in ocean environments. For example, the Apalachicola River, which drains in the subtropics of the United States, carries up to sixty to eighty percent kaolinite mud, whereas the Mississippi carries only ten to twenty percent kaolinite.[7]
We can imagine the beginning of a mudrock's life as sediment at the top of a mountain, which may have been uplifted by plate tectonics or propelled into the air from a volcano. This sediment is exposed to rain, wind, and gravity which batters and breaks apart the rock by weathering. The products of weathering, including particles ranging from clay to silt, to pebbles and boulders, are transported to the basin below, where it can solidify into one if its many sedimentary mudstone types.
Eventually, the mudrock will move its way kilometers below the subsurface, where pressure and temperature cook the mudstone into a metamorphosed gneiss. The metamorphosed gneiss will make its way to the surface once again as country rock or as magma in a volcano, and the whole process will begin again.[3]
Las rocas de barro se forman en varios colores, que incluyen: rojo, morado, marrón, amarillo, verde y gris, e incluso negro. Los tonos de gris son más comunes en las rocas de barro y los colores más oscuros de negro provienen de los carbonos orgánicos. Las rocas de barro verdes se forman en condiciones reductoras, donde la materia orgánica se descompone junto con el hierro férrico. También se pueden encontrar en ambientes marinos, donde las especies pelágicas o que flotan libremente se asientan fuera del agua y se descomponen en la roca de barro. [8] Las rocas de barro rojas se forman cuando el hierro dentro de la roca de barro se oxida y, dependiendo de la intensidad del rojo, se puede determinar si la roca se ha oxidado por completo. [2]
Los fósiles están bien conservados en formaciones de fango, porque la roca de grano fino protege a los fósiles de la erosión, la disolución y otros procesos de erosión. Los fósiles son particularmente importantes para registrar entornos pasados. Los paleontólogos pueden observar un área específica y determinar la salinidad, la profundidad del agua, la temperatura del agua, la turbidez del agua y las tasas de sedimentación con la ayuda del tipo y la abundancia de fósiles en la roca de barro.
Una de las formaciones de fango más famosas es Burgess Shale en el oeste de Canadá, que se formó durante el Cámbrico. En este sitio, se preservaron criaturas de cuerpo blando, algunas en su totalidad, gracias a la actividad del barro en el mar. Los esqueletos sólidos son, por lo general, los únicos restos de vida antigua que se conservan; sin embargo, Burgess Shale incluye partes duras del cuerpo como huesos, esqueletos, dientes y también partes blandas del cuerpo como músculos, branquias y sistemas digestivos. Burgess Shale es uno de los yacimientos fósiles más importantes de la Tierra, ya que conserva innumerables especímenes de especies de 500 millones de años de antigüedad, y su conservación se debe a la protección de las rocas de barro. [9]
Otra formación digna de mención es la Formación Morrison . Esta área cubre 1,5 millones de millas cuadradas y se extiende desde Montana hasta Nuevo México en los Estados Unidos. Se considera uno de los cementerios de dinosaurios más importantes del mundo y sus numerosos fósiles se pueden encontrar en museos de todo el mundo. [10] Este sitio incluye fósiles de dinosaurios de algunas especies de dinosaurios, incluidos Allosaurus , Diplodocus , Stegosaurus y Brontosaurus . También se encuentran peces pulmonados, moluscos de agua dulce, helechos y coníferas. Este depósito se formó por un clima tropical húmedo con lagos, pantanos y ríos, que depositaron fango. Inevitablemente, las rocas de barro conservaron innumerables especímenes del Jurásico tardío, hace aproximadamente 150 millones de años. [10]
Las rocas de barro, especialmente el esquisto negro, son la fuente y los contenedores de petróleo precioso [11] en todo el mundo. Dado que las rocas de barro y el material orgánico requieren condiciones de agua tranquila para su deposición, las rocas de barro son el recurso más probable para el petróleo. Las rocas de lodo tienen baja porosidad, son impermeables y, a menudo, si la roca de lodo no es esquisto negro, sigue siendo útil como sello para yacimientos de petróleo y gas natural. En el caso del petróleo que se encuentra en un yacimiento, la roca que rodea el petróleo no es la roca madre, mientras que el esquisto negro es una roca madre.
Como se señaló antes, las rocas de barro constituyen el cincuenta por ciento del registro geológico sedimentario de la Tierra. Están muy extendidos en la Tierra y son importantes para diversas industrias.
El esquisto metamorfoseado puede contener esmeralda y oro, [5] y las rocas de barro pueden albergar minerales metálicos como plomo y zinc. Las rocas de lodo son importantes en la preservación del petróleo y el gas natural, debido a su baja porosidad, y los ingenieros las utilizan comúnmente para inhibir las fugas de fluidos nocivos de los vertederos.
Las areniscas y los carbonatos registran eventos de alta energía en nuestra historia y son mucho más fáciles de estudiar. Intercaladas entre los eventos de alta energía se encuentran formaciones de fango que han registrado condiciones normales y más tranquilas en la historia de nuestra Tierra. Son los acontecimientos más silenciosos y normales de nuestra historia geológica los que aún no entendemos. Las areniscas proporcionan una imagen tectónica general y algunas indicaciones de la profundidad del agua; las rocas de barro registran el contenido de oxígeno, una abundancia y diversidad de fósiles generalmente más rica y una geoquímica mucho más informativa. [5]
En reconocimiento de la importancia a veces poco apreciada del barro y las rocas de barro para las ciencias de la tierra, la Sociedad Geológica de Londres nombró 2015 como el "Año del Barro". [12]