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.
El Ganges en la India, el Amarillo en China y el Bajo Mississippi en Estados Unidos son buenos ejemplos de valles aluviales. Estos sistemas tienen una fuente continua de agua y pueden aportar lodo a través de la sedimentación sobre la ribera, cuando el lodo y el limo se depositan sobre la ribera durante las inundaciones, y la sedimentación en forma de meandro cuando un arroyo abandonado se llena de lodo. [3]
Para que exista un valle aluvial debe haber una zona muy elevada, generalmente elevada por un movimiento tectónico activo, y una zona más baja, que actúa como un conducto para el agua y los sedimentos hacia el océano.
Las glaciaciones generan grandes cantidades de lodo y labranza que se depositan en la tierra como labranza y lagos. [3] Los glaciares pueden erosionar formaciones de fango que ya son susceptibles, y este proceso mejora la producción glacial de arcilla y limo.
El hemisferio norte contiene el 90 por ciento de los lagos del mundo de más de 500 km (310 millas), y los glaciares crearon muchos de esos lagos. Son abundantes los depósitos lacustres formados por glaciación, incluida una profunda erosión glacial. [3]
Aunque los glaciares formaron el 90 por ciento de los lagos en el hemisferio norte, no son responsables de la formación de lagos antiguos. Los lagos antiguos son los más grandes y profundos del mundo y contienen hasta el veinte por ciento de las reservas de petróleo actuales. También son la segunda fuente más abundante de fango, detrás de las fango marinas. [3]
Los lagos antiguos deben su abundancia de rocas de barro a su larga vida y a sus espesos depósitos. Estos depósitos eran susceptibles a cambios en el oxígeno y las precipitaciones, y ofrecen una explicación sólida de la consistencia del paleoclima.
Un delta es un depósito subaéreo o subacuático que se forma donde los ríos o arroyos depositan sedimentos en un cuerpo de agua. Los deltas, como el Mississippi y el Congo, tienen un potencial enorme para el depósito de sedimentos y pueden mover sedimentos hacia aguas oceánicas profundas. Los ambientes delta se encuentran en la desembocadura de un río, donde sus aguas disminuyen a medida que ingresan al océano y se depositan limo y arcilla.
Los deltas de baja energía, que depositan una gran cantidad de lodo, se encuentran en lagos, golfos, mares y pequeños océanos, donde las corrientes costeras también son bajas. Los deltas ricos en arena y grava son deltas de alta energía, donde las olas dominan y el lodo y el limo se transportan mucho más lejos de la desembocadura del río. [3]
Las corrientes costeras, el suministro de lodo y las olas son un factor clave en la deposición de lodo en la costa. El río Amazonas suministra 500 millones de toneladas de sedimento, en su mayoría arcilla, a la región costera del noreste de América del Sur. 250 toneladas de este sedimento se desplazan a lo largo de la costa y se depositan. Gran parte del lodo acumulado aquí tiene más de 20 metros (65 pies) de espesor y se extiende 30 kilómetros (19 millas) hacia el océano. [3]
Gran parte del sedimento transportado por el Amazonas puede provenir de las montañas de los Andes, y la distancia final recorrida por el sedimento es de 6.000 km (3.700 millas). [3]
El 70 por ciento de la superficie de la Tierra está cubierta por océanos, y en los ambientes marinos es donde encontramos la mayor proporción de rocas de barro del mundo. Hay una gran continuidad lateral en el océano, a diferencia de los continentes que están confinados.
En comparación, los continentes son administradores temporales de lodo y limo, y el hogar inevitable de los sedimentos de fango son los océanos. Consulte el ciclo de las rocas de barro a continuación para comprender el entierro y el resurgimiento de las diversas partículas.
Hay varios entornos en los océanos, incluidas fosas marinas profundas, llanuras abisales, montes submarinos volcánicos y márgenes de placas convergentes, divergentes y transformadas. [6] La tierra no sólo es una fuente importante de sedimentos oceánicos, sino que los organismos que viven dentro del océano también contribuyen.
Los ríos del mundo transportan el mayor volumen de cargas suspendidas y disueltas de arcilla y limo al mar, donde se depositan en las plataformas oceánicas. En los polos, los glaciares y el hielo flotante se depositan directamente en el fondo del mar. Los vientos pueden proporcionar material de grano fino de las regiones áridas, y las erupciones volcánicas explosivas también contribuyen. Todas estas fuentes varían en la tasa de su contribución. [6]
Los sedimentos se mueven hacia las partes más profundas de los océanos por gravedad, y los procesos en el océano son comparables a los de la tierra.
La ubicación tiene un gran impacto en los tipos de rocas de barro que se encuentran en los ambientes oceánicos. Por ejemplo, el río Apalachicola , que desemboca en las zonas subtropicales de los Estados Unidos, transporta entre un sesenta y un ochenta por ciento de lodo de caolinita , mientras que el Mississippi transporta sólo entre un diez y un veinte por ciento de caolinita. [7]
Podemos imaginar el comienzo de la vida de una roca de barro como sedimento en la cima de una montaña, que pudo haber sido levantado por placas tectónicas o impulsado al aire desde un volcán. Este sedimento está expuesto a la lluvia, el viento y la gravedad, que golpean y rompen la roca por la erosión. Los productos de la erosión, incluidas partículas que van desde arcilla hasta limo, guijarros y cantos rodados, se transportan a la cuenca que se encuentra debajo, donde pueden solidificarse en uno de sus muchos tipos de lutitas sedimentarias.
Con el tiempo, la lutita se moverá kilómetros por debajo del subsuelo, donde la presión y la temperatura cocinarán la lutita hasta convertirla en un gneis metamorfoseado. El gneis metamorfoseado volverá a salir a la superficie como roca rural o como magma en un volcán, y todo el proceso comenzará de nuevo. [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]