Las lutitas son una clase de rocas sedimentarias siliciclásticas de grano fino . Los distintos tipos de lutitas incluyen limolita , arcilla , lutita y pizarra . La mayoría de las partículas que componen la piedra tienen un tamaño inferior a 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 roca parecen bastante similares; sin embargo, existen diferencias importantes en la composición y la nomenclatura.
Ha habido un gran desacuerdo en torno a la clasificación de las lutitas. Algunos obstáculos importantes para su clasificación incluyen los siguientes:
Las lutitas constituyen el 50% de las rocas sedimentarias en el registro geológico y son fácilmente los depósitos más extendidos en la Tierra. El sedimento fino es el producto más abundante de la erosión , y estos sedimentos contribuyen a la omnipresencia general de las lutitas. [1] Con el aumento de la presión a lo largo del tiempo, los minerales arcillosos en placas pueden alinearse, con la apariencia de capas paralelas ( fisibilidad ). Este material de lecho fino que se divide fácilmente en capas delgadas se llama pizarra , a diferencia de la lutita . La falta de fisibilidad o estratificación en la lutita puede deberse a la textura original o a la interrupción de la estratificación por organismos excavadores en el sedimento antes de la litificación .
Desde el comienzo de la civilización, cuando la cerámica y los ladrillos de barro se hacían a mano, hasta ahora, las lutitas han sido importantes. El primer libro sobre lutitas, Geologie des Argils de Millot, no se publicó hasta 1964; sin embargo, científicos, ingenieros y productores de petróleo han comprendido la importancia de las lutitas desde el descubrimiento de Burgess Shale y la relación entre las lutitas 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 lutitas, por definición, están compuestas por al menos el cincuenta por ciento de partículas del tamaño del lodo . En concreto, el lodo está compuesto de partículas del tamaño del limo que tienen entre 1/16 y 1/256 (1/16) 2 ) de milímetro de diámetro, y partículas del tamaño de la arcilla que tienen menos de 1/256 de milímetro.
Las lutitas 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 las rocas siliciclásticas de grano fino que contienen cincuenta por ciento o más de sus componentes en menos de 1/256 de milímetro. Lutitas , esquistos , lutitas y argilitas son calificativos comunes o términos generales; sin embargo, el término mudrock se ha convertido cada vez más en la terminología preferida por los geólogos y autores sedimentarios.
El término "lutita" permite subdivisiones adicionales de limolita , arcilla , lutita y pizarra . Por ejemplo, una limolita estaría formada por más del 50 por ciento de granos que equivalen a 1/16 - 1/256 de un milímetro. "Esquisto" denota fisibilidad, lo que implica una capacidad de separarse fácilmente o romperse en paralelo a la estratificación. Limolita, lutita y arcilla implican detritos litificados o endurecidos sin fisibilidad. [2]
En general, "mudrocks" puede ser el término calificador más útil, porque permite dividir las rocas según su mayor porción de granos contribuyentes y su respectivo tamaño de grano, ya sea limo, arcilla o lodo.
Una arcillosa es una lutita litificada e indivisible. Para que una roca se considere una lutita, debe estar compuesta por al menos un cincuenta por ciento de arcilla ( filosilicatos ), cuyas partículas miden menos de 1/256 de milímetro de tamaño. Los minerales arcillosos son parte integral de las lutitas 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 tener un grano muy fino y representan las partículas más pequeñas reconocidas en las lutitas. Sin embargo, el cuarzo, el feldespato, los óxidos de hierro y los carbonatos también pueden meteorizarse hasta alcanzar los tamaños de los granos minerales arcillosos típicos. [3]
A modo de comparación, una partícula del tamaño de una arcilla tiene una milésima parte del tamaño de un grano de arena. Esto significa que una partícula de arcilla viajará 1000 veces más lejos a una velocidad de agua constante, por lo que requiere condiciones más tranquilas para su asentamiento. [2]
La formación de arcilla es bien conocida y puede provenir del suelo, de cenizas volcánicas y de la glaciación. Las lutitas antiguas son otra fuente, porque se erosionan y se desintegran fácilmente. El feldespato, 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 de 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 caliza que contenga menos del diez por ciento de granos de carbonato. Cabe señalar 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 confusiones con rocas siliciclásticas.
Una limolita es una lutita litificada, no clivable. Para que una roca se denomine limolita, debe contener más del cincuenta por ciento de material del tamaño del 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 el producto de la erosión física, que puede implicar congelación y descongelación, expansión térmica y liberación de presión. La erosión física no implica ningún cambio químico en la roca, y se puede resumir 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 ser no cohesivo, no plástico, pero puede licuarse fácilmente.
Existe una prueba sencilla que se puede realizar en el campo para determinar si una roca es limosa o no, y es poner la roca sobre los dientes. Si la roca se siente "granulosa" contra los dientes, entonces es limosa.
La pizarra es una roca arcillosa laminada, dura y de grano fino, compuesta por minerales arcillosos y limo de cuarzo y feldespato. La pizarra es litificada y clivable. Debe tener al menos el 50 por ciento de sus partículas con un tamaño inferior a 0,062 mm. Este término se limita a las rocas arcillosas o que contienen arcilla.
Existen 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 profunda. Para que un esquisto sea un esquisto negro, debe contener más del uno por ciento de carbono orgánico. Una buena roca fuente de hidrocarburos puede contener hasta un veinte por ciento de carbono orgánico. Generalmente, el esquisto negro recibe su influjo de carbono de las algas , que se descomponen y forman un lodo conocido como sapropel . Cuando este lodo se cuece 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), formará kerógeno . El kerógeno se puede calentar y produce hasta 10 a 150 galones estadounidenses (0,038 a 0,568 m 3 ) de producto de petróleo y gas natural por tonelada de roca. [2]
La pizarra es una lutita dura que ha sufrido metamorfismo y tiene una clivaje bien desarrollado. Ha sufrido metamorfismo a temperaturas entre 200 y 250 °C (392 y 482 °F), o una deformación extrema. Dado que la pizarra se forma en el reino inferior del metamorfismo, en función de la presión y la temperatura, la pizarra conserva su estratificación y puede definirse como una roca dura de grano fino. [3]
La pizarra se utiliza a menudo para tejados, suelos o paredes de piedra antiguas. Tiene un aspecto atractivo y su hendidura ideal y su textura suave son deseables.
La mayoría de las lutitas se forman en océanos o lagos, porque estos entornos proporcionan las aguas tranquilas necesarias para la deposición. Aunque las lutitas se pueden encontrar en todos los entornos de deposición de la Tierra, la mayoría se encuentran en lagos y océanos.
Las fuertes lluvias generan 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 de los monzones, que luego arrastran sedimentos desde el Himalaya y las zonas circundantes hasta el océano Índico.
Los climas cálidos y húmedos son los mejores para la erosión de las rocas, y hay más lodo en las plataformas oceánicas de las costas tropicales que en las plataformas templadas o polares. El sistema amazónico , por ejemplo, tiene la tercera mayor carga de sedimentos 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 litorales 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 cuencas hidrográficas grandes, tienen la mejor capacidad de transporte de lodo. El río Misisipi , un buen ejemplo de río largo, de pendiente baja y con una gran cantidad de agua, transportará lodo desde sus secciones más septentrionales y depositará el material en su delta dominado por el lodo.
A continuación se muestra una lista de varios entornos que actúan como fuentes, modos de transporte hacia los océanos y entornos de deposición de lutitas.
El Ganges en la India, el río Amarillo en China y el Bajo Misisipi en los 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 por desbordamiento, cuando el lodo y el limo se depositan en los márgenes durante las inundaciones, y la sedimentación por meandros , cuando un curso de agua abandonado se llena de lodo. [3]
Para que exista un valle aluvial debe haber una zona muy elevada, generalmente levantada por un movimiento tectónico activo, y una zona más baja, que actúa como conducto para el agua y los sedimentos hacia el océano.
Las glaciaciones generan grandes cantidades de lodo y till que se depositan en la tierra en forma de till y en lagos. [3] Los glaciares pueden erosionar formaciones de lodo rocoso ya susceptibles, y este proceso aumenta 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 mi), y muchos de ellos fueron creados por glaciares. Los depósitos lacustres formados por glaciación, incluida la erosión glacial profunda, son abundantes. [3]
Aunque los glaciares formaron el 90 por ciento de los lagos del hemisferio norte, no son responsables de la formación de los lagos antiguos . Los lagos antiguos son los más grandes y profundos del mundo y contienen hasta el veinte por ciento de los depósitos de petróleo actuales . También son la segunda fuente más abundante de lutitas, detrás de las lutitas marinas. [3]
Los lagos antiguos deben su abundancia de lutitas a su larga vida y a sus gruesos depósitos. Estos depósitos eran susceptibles a los cambios en el oxígeno y las precipitaciones, y ofrecen una sólida explicación de la consistencia del paleoclima.
Un delta es un depósito subaéreo o subacuático que se forma cuando los ríos o arroyos depositan sedimentos en un cuerpo de agua. Los deltas, como el del Mississippi y el del Congo , tienen un potencial enorme para el depósito de sedimentos y pueden moverlos hacia aguas oceánicas profundas. Los entornos de delta se encuentran en la desembocadura de un río, donde sus aguas se ralentizan 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 predominan las olas y el lodo y el limo son transportados mucho más lejos de la desembocadura del río. [3]
Las corrientes costeras, el aporte de lodo y las olas son un factor clave en la deposición de lodo en la costa . El río Amazonas aporta 500 millones de toneladas de sedimento, en su mayoría arcilla, a la región costera del noreste de Sudamérica. 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 de los sedimentos transportados por el Amazonas pueden provenir de la cordillera de los Andes, y la distancia final recorrida por el sedimento es de 6.000 km (3.700 mi). [3]
El 70 por ciento de la superficie de la Tierra está cubierta por océanos , y los ambientes marinos son donde encontramos la mayor proporción de lutitas del mundo. En el océano se encuentra una gran continuidad lateral, a diferencia de los continentes, que están confinados.
En comparación, los continentes son depositarios temporales de lodo y limo, y el hogar inevitable de los sedimentos de lodo rocoso son los océanos. Consulta el ciclo de lodo rocoso a continuación para comprender el enterramiento y resurgimiento de las distintas partículas.
Existen diversos ambientes en los océanos, incluidas fosas profundas , llanuras abisales , montes submarinos volcánicos y márgenes de placas convergentes , divergentes y transformantes . [6] La tierra no solo es una fuente importante de sedimentos oceánicos, sino que también contribuyen los organismos que viven en el océano.
Los ríos del mundo transportan el mayor volumen de cargas de arcilla y limo en suspensión y disueltas al mar, donde se depositan en las plataformas oceánicas. En los polos, los glaciares y el hielo flotante se depositan directamente en el fondo marino. 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 desplazan 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 lodolitas que se encuentran en los ambientes oceánicos. Por ejemplo, el río Apalachicola , que desemboca en los subtrópicos de los Estados Unidos, transporta hasta un sesenta a ochenta por ciento de lodo caolinita , mientras que el Mississippi transporta solo entre un diez y un veinte por ciento de caolinita. [7]
Podemos imaginar el comienzo de la vida de una lutita como sedimento en la cima de una montaña, que puede haber sido levantado por la tectónica de placas o propulsado al aire desde un volcán . Este sedimento está expuesto a la lluvia, el viento y la gravedad, que golpea y rompe la roca mediante la erosión. Los productos de la erosión, que incluyen partículas que van desde arcilla hasta limo, pasando por guijarros y rocas, se transportan a la cuenca inferior, donde pueden solidificarse en uno de sus muchos tipos de lutitas sedimentarias.
Con el tiempo, la lutita se desplazará kilómetros por debajo de la superficie, donde la presión y la temperatura la convertirán en un gneis metamorfoseado. El gneis metamorfoseado volverá a la superficie como roca de campo o como magma en un volcán, y todo el proceso comenzará de nuevo. [3]
Las lutitas se forman en varios colores, entre ellos: rojo, morado, marrón, amarillo, verde y gris, e incluso negro. Los tonos de gris son los más comunes en las lutitas, y los colores más oscuros de negro provienen de los carbonos orgánicos. Las lutitas verdes se forman en condiciones reductoras, donde la materia orgánica se descompone junto con el hierro férrico. También se pueden encontrar en entornos marinos, donde las especies pelágicas o que flotan libremente se depositan fuera del agua y se descomponen en las lutitas. [8] Las lutitas rojas se forman cuando el hierro dentro de la lutita se oxida, y dependiendo de la intensidad del rojo, se puede determinar si la roca se ha oxidado por completo. [2]
Los fósiles se conservan bien en las formaciones de lutita, 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 los entornos del pasado. 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 lutita.
Una de las formaciones de lutitas más famosas es Burgess Shale , en el oeste de Canadá, que se formó durante el Cámbrico . En este sitio, las criaturas de cuerpo blando se preservaron, algunas en su totalidad, gracias a la actividad del lodo en un 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, que preserva innumerables especímenes de especies de 500 millones de años de antigüedad, y su preservación se debe a la protección de las lutitas. [9]
Otra formación notable es la Formación Morrison . Esta área cubre 1,5 millones de millas cuadradas, extendiéndose 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 unas pocas especies de dinosaurios, incluidos el Allosaurus , Diplodocus , Stegosaurus y Brontosaurus . También hay 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 lodo. Inevitablemente, el lodo preservó innumerables especímenes del Jurásico tardío , hace aproximadamente 150 millones de años. [10]
Las lutitas, especialmente la pizarra negra, son la fuente y los contenedores de valiosos yacimientos de petróleo [11] en todo el mundo. Dado que las lutitas y el material orgánico requieren condiciones de agua tranquilas para su deposición, las lutitas son el recurso más probable para el petróleo. Las lutitas tienen una porosidad baja, son impermeables y, a menudo, si la lutita no es pizarra negra , sigue siendo útil como sello para los yacimientos de petróleo y gas natural . En el caso del petróleo que se encuentra en un yacimiento, la roca que rodea al petróleo no es la roca fuente, mientras que la pizarra negra sí lo es.
Como se ha señalado anteriormente, las lutitas constituyen el cincuenta por ciento del registro geológico sedimentario de la Tierra. Están muy extendidas en la Tierra y son importantes para diversas industrias.
La pizarra metamorfoseada puede contener esmeraldas y oro, [5] y las lutitas pueden albergar metales minerales como plomo y zinc . Las lutitas son importantes para 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. Entre los eventos de alta energía se encuentran formaciones de lodolitas que han registrado condiciones más tranquilas y normales en la historia de nuestra Tierra. Son los eventos más tranquilos y normales de nuestra historia geológica los que aún no comprendemos. Las areniscas proporcionan el panorama tectónico general y algunas indicaciones de la profundidad del agua; las lodolitas registran el contenido de oxígeno, una abundancia y diversidad de fósiles generalmente más rica y una geoquímica mucho más informativa . [5]
En reconocimiento a la importancia a veces subestimada del lodo y las lutitas para las ciencias de la Tierra, la Sociedad Geológica de Londres nombró 2015 como el "Año del Barro". [12]