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Arenisca

La arenisca es una roca sedimentaria clástica compuesta principalmente por granos de silicato del tamaño de la arena (de 0,0625 a 2 mm) , cementados entre sí por otro mineral. Las areniscas comprenden alrededor del 20-25% de todas las rocas sedimentarias . [1]

La mayor parte de la arenisca está compuesta de cuarzo o feldespato , porque son los minerales más resistentes a los procesos de erosión en la superficie de la Tierra. Al igual que la arena no cementada , la arenisca puede ser de cualquier color debido a las impurezas dentro 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 roca roja del Parque Nacional Arches y otras áreas del suroeste de Estados Unidos .

Las formaciones rocosas compuestas de arenisca suelen permitir la percolación de agua y otros fluidos y son lo suficientemente porosas como para almacenar grandes cantidades, lo que las convierte en valiosos acuíferos y depósitos de petróleo . [2] [3]

La arenisca que contiene cuarzo puede transformarse en cuarcita a través del metamorfismo , generalmente relacionado con la compresión tectónica dentro de los cinturones orogénicos . [4] [5]

Orígenes

Las areniscas son de origen clástico (a diferencia de las orgánicas , como la tiza y el carbón , o las químicas , como el yeso y el jaspe ). [6] Los granos de arena de silicato a partir de los cuales se forman son el producto de la erosión física y química del lecho rocoso. [7] La ​​erosión y la erosión son más rápidas en áreas de alto relieve, como arcos volcánicos , áreas de rifting continental y cinturones orogénicos . [8]

La arena erosionada es transportada por los ríos o por el viento desde sus áreas de origen hasta ambientes de sedimentación donde la tectónica ha creado espacio de acomodación para que los sedimentos se acumulen. Las cuencas de antearco tienden a acumular arena rica en granos líticos y plagioclasa . Las cuencas intracontinentales y los fosos a lo largo de los márgenes continentales también son ambientes comunes para la deposición de arena. [9]

A medida que los sedimentos continúan acumulándose en el entorno deposicional, la arena más antigua es enterrada por sedimentos más jóvenes y sufre diagénesis . Esto consiste principalmente en la compactación y litificación de la arena. [10] [11] Las primeras etapas de la diagénesis, descritas como eogénesis , tienen lugar a profundidades poco profundas (unas pocas decenas de metros) y se caracterizan por bioturbación y cambios mineralógicos en las arenas, con solo una ligera compactación. [12] La hematita roja que da a las areniscas de lecho rojo su color probablemente se forma durante la eogénesis. [13] [14] El entierro más profundo está 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 se ve sometida a una presión cada vez mayor por los sedimentos que la recubren. 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, puede producirse una compactación química mediante una solución de presión . Los puntos de contacto entre los granos están sometidos a la mayor tensión y el mineral colado es más soluble que el resto del grano. Como resultado, los puntos de contacto se disuelven, lo que permite que los granos entren en contacto más cercano. [11]

La litificación sigue de cerca 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 deformados se vuelve a depositar en los espacios porosos no deformados. [11]

La compactación mecánica se produce principalmente a profundidades inferiores a 1.000 metros (3.300 pies). La compactación química continúa hasta profundidades de 2.000 metros (6.600 pies), y la mayor parte de la cementación se produce a profundidades de 2.000 a 5.000 metros (6.600 a 16.400 pies). [15]

El destechamiento de la arenisca enterrada está acompañado de telogénesis , la tercera y última etapa de la diagénesis. [12] A medida que la erosión reduce la profundidad del enterramiento, la exposición renovada al agua meteórica produce cambios adicionales en la arenisca, como la disolución de parte del cemento para producir porosidad secundaria . [11]

Componentes

Granos de estructura

Cantera Paradise, Sídney , Australia
Arena grus y el granitoide del que se deriva

Los granos de estructura son fragmentos detríticos del tamaño de la arena (de 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 de estructura están compuestos de cuarzo o feldespato , que son los minerales comunes más resistentes a los procesos de meteorización en la superficie de la Tierra, como se ve en la serie de disolución de Goldich . [18] Los granos de estructura se pueden clasificar en varias categorías diferentes según su composición mineral:

Fotomicrografía de un grano de arena volcánica ; la imagen superior es luz polarizada plana, la imagen inferior es luz polarizada cruzada; el recuadro de escala en el centro izquierdo mide 0,25 milímetros. Este tipo de grano sería un componente principal de una arenisca lítica.

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:

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 enterramiento de la arenisca. [1] Estos materiales cementantes pueden ser minerales de silicato o minerales no silicatados, como la calcita. [1]

La arenisca que pierde su aglutinante de cemento a causa de la erosión se vuelve gradualmente friable e inestable. Este proceso se puede revertir en cierta medida mediante la aplicación de ortosilicato de tetraetilo (Si(OC2H5 ) 4 ) , que depositará dióxido de silicio amorfo entre los granos de arena. [ 21] La reacción es la siguiente.

Si(OC2H5 ) 4 ( l) + 2H2O ( l ) → SiO2 ( s ) + 4C2H5OH ( 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 la permeabilidad de la roca. La porosidad y la permeabilidad están directamente influenciadas por la forma en que se agrupan los granos de arena. [1]

Tipos de arenisca

Las areniscas se clasifican típicamente contando puntos de una sección delgada utilizando un método como el método de Gazzi-Dickinson . Esto produce los porcentajes relativos de cuarzo, feldespato y granos líticos y la cantidad de matriz de arcilla. La composición de una arenisca puede proporcionar información importante sobre la génesis de los sedimentos cuando se utiliza con un diagrama triangular de cuarzo , feldespato y fragmento lítico ( diagramas QFL ). Sin embargo, los geólogos no han podido ponerse de acuerdo sobre un conjunto de límites que separen las regiones del triángulo QFL. [1]

Diagrama 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 las diferentes características de una arenisca. Por ejemplo, un diagrama de QFL puede estar marcado con un modelo de procedencia que muestra el probable origen tectónico de las areniscas con diversas composiciones de granos de estructura. Asimismo, el diagrama de la etapa 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 las provincias tectónicas y la procedencia de la arenisca

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 de este tipo utilizados por los geólogos para clasificar las areniscas. El esquema de Dott es una modificación de la clasificación de las areniscas de silicato de Gilbert e incorpora los conceptos duales de madurez textural y composicional de RL Folk en un solo sistema de clasificación. [25] La filosofía detrás de la combinación de los esquemas de Gilbert y RL Folk es que es más capaz de "representar la naturaleza continua de la variación textural de la lutita a la arenita y de la composición de grano estable a la inestable". [25] El esquema de clasificación de Dott se basa en la mineralogía de los granos del marco y en el tipo de matriz presente entre los granos del marco. [ cita requerida ]

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 de estructura que pueden estar presentes en una arenisca en tres categorías principales: cuarzo, feldespato y granos líticos. [1]

Cuarcita

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 se borran 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 las 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 el examen microscópico para distinguirla de la cuarcita metamórfica. El término ortocuarcita se utiliza para distinguir dicha roca sedimentaria 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) es a menudo 99% SiO2 con sólo cantidades muy pequeñas de óxido de hierro y minerales resistentes a trazas 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 verdadera ortocuarcita y una arenisca de cuarzo común es que una ortocuarcita está tan altamente 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 puede colocarse en el punto donde los granos de cuarzo deformados comienzan a ser reemplazados por nuevos granos de cuarzo pequeños, no deformados, produciendo una textura de mortero que se puede identificar en secciones delgadas bajo un microscopio polarizador. Con el aumento del grado de metamorfismo, la recristalización adicional produce una textura de espuma , 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 ). [26]

Usos

Una fotografía panorámica del Cuadrángulo
El cuadrángulo principal de la Universidad de Sydney , una llamada universidad de arenisca
Estatua de piedra arenisca de María Inmaculada , obra de Fidelis Sporer, en torno a 1770, en Friburgo (Alemania)
Descubren una lámpara de aceite de arenisca de 17.000 años de antigüedad en las cuevas de Lascaux , Francia

La piedra arenisca se ha utilizado desde tiempos prehistóricos para la construcción, [30] [31] obras de arte decorativas [32] y herramientas. [33] Se ha empleado ampliamente en todo el mundo en la construcción de templos, [34] iglesias, [34] casas y otros edificios, y en ingeniería civil . [35]

Aunque su resistencia a la intemperie varía, la arenisca es fácil de trabajar. Eso la convierte en un material común para la construcción y pavimentación , incluso en el hormigón asfáltico . Sin embargo, algunos tipos que se han utilizado en el pasado, como la arenisca Collyhurst utilizada en el noroeste de Inglaterra , han tenido una resistencia a la intemperie a largo plazo deficiente, lo que ha hecho necesaria su reparación y sustitución en edificios más antiguos. [36] Debido a la dureza de los granos individuales, la uniformidad del tamaño del grano y la friabilidad de su estructura, algunos tipos de arenisca son materiales excelentes para hacer muelas , para afilar cuchillas y otros instrumentos. [37] La ​​arenisca no friable se puede utilizar para hacer muelas para moler grano, por ejemplo, gritstone .

Un tipo de arenisca de cuarzo puro, la ortocuarcita, con más del 90-95 por ciento de cuarzo, [38] ha sido propuesta para su nominación al Recurso de Piedras del Patrimonio Mundial . [39] En algunas regiones de Argentina, la fachada revestida de ortocuarcita es una de las características principales de los bungalows de estilo Mar del Plata . [39]

Véase también

Notas

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Bibliografía

Lectura adicional

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