El metasomatismo (del griego μετά metá "cambio" y σῶμα sôma "cuerpo") es la alteración química de una roca por fluidos hidrotermales y otros. [1] Se define tradicionalmente como un metamorfismo que implica un cambio en la composición química, excluyendo los componentes volátiles. [2] Es la sustitución de una roca por otra de diferente composición mineralógica y química. Los minerales que componen las rocas se disuelven y nuevas formaciones minerales se depositan en su lugar. La disolución y la deposición ocurren simultáneamente y la roca permanece sólida.
Los sinónimos de la palabra metasomatismo son metasomatosis [3] y proceso metasomático . La palabra metasomatoso puede utilizarse como nombre para variedades específicas de metasomatismo (por ejemplo, Mg -metasomatosa y Na -metasomatosa ). [4]
El metasomatismo puede ocurrir por la acción de fluidos hidrotermales de fuente ígnea o metamórfica .
En el entorno ígneo , el metasomatismo produce skarns , greisen y puede afectar hornfels en la aureola metamórfica de contacto adyacente a una masa rocosa intrusiva . En el entorno metamórfico, el metasomatismo es impulsado por la transferencia de masa desde un volumen de roca metamórfica con mayor estrés y temperatura hacia una zona con menor estrés y temperatura, con soluciones hidrotermales metamórficas que actúan como solvente . Esto puede preverse como que las rocas metamórficas dentro de la corteza profunda pierden fluidos y componentes minerales disueltos a medida que los minerales hidratados se descomponen, y este fluido se filtra hacia los niveles superficiales de la corteza para cambiar y alterar químicamente estas rocas.
Este mecanismo implica que el metasomatismo es un comportamiento de sistema abierto, que es diferente del metamorfismo clásico , que es el cambio mineralógico in situ de una roca sin cambios apreciables en la química de la roca. Debido a que el metamorfismo generalmente requiere agua para facilitar las reacciones metamórficas, el metamorfismo casi siempre ocurre con metasomatismo.
Además, debido a que el metasomatismo es un proceso de transferencia de masa, no se limita a las rocas que se modifican mediante la adición de elementos químicos y minerales o compuestos hidratados . En todos los casos, para producir una roca metasomática, también se metasomatiza otra roca, aunque sea solo por reacciones de deshidratación con un cambio químico mínimo. Esto se ilustra mejor con los depósitos de mineral de oro que son el producto de la concentración enfocada de fluidos derivados de muchos kilómetros cúbicos de corteza deshidratada en zonas y vetas de cizallamiento delgadas, a menudo altamente metasomatizadas y alteradas . La región de origen a menudo no se ve afectada químicamente en gran medida en comparación con las zonas de cizallamiento alteradas y altamente hidratadas, pero ambas deben haber experimentado metasomatismo complementario.
El metasomatismo es más complicado en el manto de la Tierra , porque la composición de la peridotita a altas temperaturas puede cambiarse por la infiltración de fundidos de carbonato y silicato y por fluidos ricos en dióxido de carbono y agua, como lo analiza Luth (2003). [5] Se cree que el metasomatismo es particularmente importante en el cambio de la composición de la peridotita del manto debajo de los arcos de islas a medida que el agua es expulsada de la litosfera oceánica durante la subducción . El metasomatismo también se ha considerado crítico para enriquecer las regiones de origen de algunos magmas subsaturados de sílice . A menudo se considera que los fundidos de carbonatita han sido responsables del enriquecimiento de la peridotita del manto en elementos incompatibles .
El metasomatismo puede ser similar a otros procesos endógenos y se separa por 4 características principales. [6] La primera de ellas es el reemplazo ion por ion en los minerales , esto puede suceder a partir de la precipitación de nuevos minerales al mismo tiempo que la disolución de los minerales existentes. [6] La segunda característica utilizada para identificar el metasomatismo es que se debe a la preservación de las rocas en su estado sólido durante el reemplazo. [6] La tercera característica distintiva es el metamorfismo isoquímico, o la adición o sustracción de elementos principales distintos del agua (H 2 O) y el dióxido de carbono (CO 2 ). [6] La última característica son las zonas distintas del metasomatismo. Estas se forman a partir del magmatismo y el metamorfismo y forman un patrón característico de una columna metasomática. [6]
Las rocas metasomáticas pueden ser muy variadas. A menudo, las rocas metasomatizadas están muy alteradas , pero débilmente , de modo que la única evidencia de alteración es el blanqueamiento, el cambio de color o el cambio en la cristalinidad de los minerales micáceos.
En tales casos, caracterizar la alteración a menudo requiere una investigación microscópica del conjunto mineral de las rocas para caracterizar los minerales, cualquier crecimiento mineral adicional, cambios en los minerales protolíticos, etc.
En algunos casos se pueden encontrar evidencias geoquímicas de procesos de alteración metasomática. Generalmente, éstas se presentan en forma de elementos móviles solubles como bario , estroncio , rubidio , calcio y algunas tierras raras . Sin embargo, para caracterizar adecuadamente la alteración, es necesario comparar muestras alteradas con inalteradas.
Cuando el proceso se vuelve extremadamente avanzado, las metasomatitas típicas pueden incluir:
Los efectos del metasomatismo en la peridotita del manto pueden ser modales o crípticos. En el metasomatismo críptico, las composiciones minerales cambian o los elementos introducidos se concentran en los límites de grano y la mineralogía de la peridotita parece inalterada. En el metasomatismo modal, se forman nuevos minerales.
El metasomatismo críptico puede producirse cuando los fundidos ascendentes o percoladores interactúan con la peridotita circundante, y se modifican las composiciones tanto de los fundidos como de la peridotita. A altas temperaturas del manto, la difusión en estado sólido también puede ser eficaz para modificar las composiciones de las rocas en decenas de centímetros adyacentes a los conductos de fusión: los gradientes en la composición mineral adyacentes a los diques de piroxenita pueden preservar evidencia del proceso.
El metasomatismo modal puede dar lugar a la formación de anfíboles y flogopitas , y la presencia de estos minerales en los xenolitos de peridotita se ha considerado una prueba contundente de procesos metasomáticos en el manto. La formación de minerales menos comunes en la peridotita, como la dolomita , la calcita , la ilmenita , el rutilo y la armalcolita , también se atribuye al metasomatismo de fusión o fluido.
Existen dos esquemas principales discutidos para la manifestación del metasomatismo en la naturaleza en sistemas graníticos. [9] El metasomatismo de difusión, que fue mencionado en la sección de tipos de metasomatitas, y el metasomatismo de infiltración. La infiltración ocurre en grietas o fracturas que promueven el flujo de fluidos en áreas de alta permeabilidad. [9] La difusión ocurre cuando el fluido se incorpora a los poros de la roca, esto está determinado por la porosidad . Las rocas alteradas por el metasomatismo de infiltración serán menos alteradas que las rocas alteradas por difusión debido a los efectos de dispersión durante la advección de fluidos. [10]
Estos dos métodos se utilizan comúnmente para el transporte de una región a otra. Estas regiones afectadas pueden estar enriquecidas o empobrecidas en los componentes transportados en relación con el estado premetasomático. [11] La meteorización química afecta fuertemente los niveles y contenidos del líquido metasomático y la geoquímica y mineralogía de los elementos principales de los sedimentos siliciclásticos. [12]
La investigación de rocas alteradas en depósitos minerales hidrotermales ha puesto de relieve varios tipos omnipresentes de conjuntos de alteración que forman grupos distintos de efectos de alteración metasomática, texturas y conjuntos minerales.
Los tipos más raros de fluidos hidrotermales pueden incluir fluidos altamente carbónicos, que resultan en reacciones de carbonatación avanzadas de la roca huésped típicas de los calcosilicatos , y fluidos de sílice-hematita que resultan en la producción de jasperoides , depósitos de mena manto y zonas generalizadas de silicificación , típicamente en estratos de dolomita . Los minerales estresados y las rocas del país de los plutones graníticos son reemplazados por porfiroblastos de ortoclasa y cuarzo, en las monzonitas de cuarzo de Papoose Flat. [14]