Hornfels es el nombre de un grupo de rocas metamórficas de contacto que han sido horneadas 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 los animales. Los mineros del norte de Inglaterra se referían a estas rocas como piedras de afilar . [5] [6]
La mayoría de las hornfels son de grano fino, y aunque las rocas originales (como la arenisca , la pizarra y la caliza ) pueden haber sido más o menos fisionables debido a la presencia de estratificación o planos de clivaje , esta estructura está borrada o se vuelve inoperante en las hornfels. Aunque muchas hornfels muestran vestigios de la estratificación original, [2] se rompen a través de ella con la misma facilidad que a lo largo de ella; de hecho, tienden a separarse en fragmentos cúbicos en lugar de en placas delgadas. [1] Los minerales en láminas pueden ser abundantes, pero están alineados al azar. [7]
Las hornfels se forman más comúnmente en la aureola de intrusiones graníticas en la corteza superior o media. Las hornfels formadas a partir del 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 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]
Las hornfels más comunes (las 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, la mayoría de las hornfels comunes tienen una veta negra. Las hornfels de cal son a menudo blancas, amarillas, verde pálido, marrón y otros colores. El verde y el verde oscuro son los tintes predominantes de las hornfels producidas por la alteración de 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 matriz fina, y estos pueden llegar a ser muy prominentes en las caras meteorizadas 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; por lo general son de dimensiones casi iguales. Esto se ha llamado estructura de pavimento o pflaster por la semejanza con el trabajo de pavimento rugoso. Cada mineral también puede encerrar partículas de los otros; en el cuarzo , por ejemplo, pueden aparecer pequeños cristales de grafito , biotita, óxidos de hierro , silimanita o feldespato en gran número. A menudo, la totalidad de los granos se vuelve semiopaca de esta manera. 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 ha sido recristalizada a alta temperatura y en estado sólido, de modo que había poca libertad para que las moléculas minerales formaran cristales bien individualizados. La regeneración de la roca ha sido suficiente para borrar la mayor parte de las estructuras originales y sustituir los minerales antiguos 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 no tienen forma y no han podido rechazar las impurezas, sino que han crecido alrededor de ellas. [1]
Las arcillas , las pizarras sedimentarias y los esquistos producen hornfels de biotita en los que el mineral más visible 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 con frecuencia en menor cantidad. En estos hornfels de biotita, los minerales, que consisten en silicatos de aluminio, se encuentran comúnmente; generalmente son andalucita y silimanita , pero la cianita también aparece en hornfels, especialmente en aquellos que tienen un carácter esquistoso . La andalucita puede ser rosa y, a menudo, es pleocroica en secciones delgadas, o puede ser blanca con los recintos oscuros en forma de cruz de la matriz que son característicos de la quiastolita . La silimanita generalmente forma agujas extremadamente diminutas incrustadas en cuarzo. [1]
En las rocas de este grupo también se encuentra cordierita, no raramente, y puede tener los contornos de prismas hexagonales imperfectos que se dividen en seis sectores cuando se observan con luz polarizada. En los hornfels de biotita, unas rayas débiles pueden indicar la estratificación original de la roca inalterada y corresponde a pequeños cambios en la naturaleza del sedimento depositado. Más comúnmente hay unas manchas distintivas, visibles en las superficies de las muestras manuales. Las manchas son redondas o elípticas, y pueden ser más pálidas o más oscuras que el resto de la roca. [1] En algunos casos son ricas en grafito o materia carbonosa; [11] en otros están llenas 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 esta característica reaparece en las pizarras y hornfels menos alteradas es bastante notable, especialmente porque parece seguro que las manchas no siempre son 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 chorlo 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 calco-silicatados que surgen de la alteración térmica de la piedra caliza impura . Los estratos más puros recristalizan como mármoles , pero donde originalmente hubo una mezcla de arena o arcilla se forman silicatos que contienen cal, como diópsido , epidota , granate , esfena , vesuvianita y escapolita ; con estas flogopitas , a menudo se encuentran varios feldespatos, piritas , cuarzo y actinolita . Estas rocas son de grano fino y, aunque a menudo están bandeadas, son tenaces y mucho más duras que las calizas originales. Son excesivamente variables en su composición mineralógica y muy a menudo se alternan en vetas delgadas 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 altísimos 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 componentes 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 hornfels de silicato de calcio descritos anteriormente. Las estructuras porfídicas , fluidales, vesiculares o fragmentarias originales de la roca ígnea son claramente visibles en las etapas menos avanzadas de hornfelsing, pero se vuelven menos evidentes a medida que progresa la alteración. [1]
En algunos distritos se encuentran rocas hornfelsadas que han adquirido una estructura esquistosa a través del 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 una estructura hornfels. Entre estos se pueden mencionar los gneises de cordierita y silimanita, los esquistos de mica de andalucita y cianita, y las rocas de calcita-silicato esquistosas que se conocen como cipolinas . En general, se admite que estos son 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, que regeneran una masa rocosa sin producir fusión (al menos a gran escala). Sin embargo, se ha argumentado que a menudo hay un cambio químico extenso debido a la introducción de materia del granito en las rocas que lo rodean. Como prueba de ello se señala la formación de nuevo feldespato en las hornfelses. Si bien esta felspatización puede haber ocurrido en algunas localidades, parece notoriamente ausente en otras. La mayoría de los expertos en la actualidad 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 baja a alta. Se subdivide en un régimen de baja temperatura de hornfels de albita - epidota , un régimen de temperatura media de hornfels de hornblenda , un régimen de alta temperatura de hornfels de piroxeno y un régimen de sanidinita de temperatura ultraalta. Este último a veces se considera como una facies separada. Las presiones máximas están alrededor de 2 kbar y las temperaturas están alrededor de 300-500 C para la facies hornfels de albita-epidota, 500-650 C para la facies hornfels de hornblenda, 650-800 C para la facies hornfels de piroxeno y por encima de 800 C para la facies sanidinita. [9] [4]
Los minerales 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 en menor medida . Esto da lugar a hornblenda, plagioclasa , piroxeno y granate en la facies hornfels de hornblenda, que a su vez da lugar a ortopiroxeno , augita , plagioclasa y granate traza característico en la facies hornfels de piroxeno y la facies de sanidinita, siendo las dos últimas indistinguibles para esta composición de protolito. [9]
Para un protolito ultramáfico, la facies de albita-epidota se caracteriza por serpentina , talco , tremolita y clorita, dando paso a forsterita , ortopiroxeno, hornblenda, clorita y espinela de aluminio menor característica y magnetita 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 difiere de la facies de hornfels de piroxeno solo 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 de 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 piroxeno hornfels. 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 hornfels de albita-epidota; calcita, dolomita, cuarzo, tremolita, diópsido y forsterita para la facies hornfels de hornblenda; calcita, cuarzo, dipósido, forsterita y wollastonita para la facies hornfels de piroxeno; y calcita, cuarzo, diópsido, forsterita, wollastonita, monticellita y akermanita para la facies de sanidinita. [9]
Las hornfels tienen la capacidad de resonar cuando se las golpea. Michael Tellinger había descrito estas piedras en Sudáfrica 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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