El metasomatismo (del griego μετά metá "cambio" y σῶμα sôma "cuerpo") es la alteración química de una roca por fluidos hidrotermales y otros. [1] Tradicionalmente se define como 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 en su lugar se depositan nuevas formaciones minerales . La disolución y la deposición ocurren simultáneamente y la roca permanece sólida.
Sinónimos de la palabra metasomatismo son metasomatosis [3] y proceso metasomático . La palabra metasomatosis se puede utilizar como nombre para variedades específicas de metasomatismo (por ejemplo, metasomatosa de Mg y metasomatosa de Na ). [4]
El metasomatismo puede ocurrir por la acción de fluidos hidrotermales de una fuente ígnea o metamórfica .
En el ambiente 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 a una zona con menor estrés y temperatura, con soluciones hidrotermales metamórficas actuando como solvente . Esto se puede imaginar cuando 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 poco profundos 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 un cambio apreciable 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 el metasomatismo.
Además, debido a que el metasomatismo es un proceso de transferencia de masa, no se limita a las rocas que cambian mediante la adición de elementos químicos y minerales o compuestos hidratados . En todos los casos, para producir una roca metasomática también se metasomatiza alguna otra roca, aunque sólo sea mediante reacciones de deshidratación con un cambio químico mínimo. Esto se ilustra mejor con los depósitos de mineral de oro que son producto de la concentración focalizada de fluidos derivados de muchos kilómetros cúbicos de corteza deshidratada en zonas y vetas 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 corte alteradas y altamente hidratadas, pero ambas deben haber sufrido metasomatismo complementario.
El metasomatismo es más complicado en el manto terrestre , porque la composición de la peridotita a altas temperaturas puede modificarse mediante la infiltración de carbonatos y silicatos fundidos 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 sale de la litosfera del océano durante la subducción . El metasomatismo también se ha considerado fundamental para enriquecer las regiones fuente de algunos magmas subsaturados de sílice . A menudo se considera que las fundiciones 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 diferencia por 4 características principales. [6] El primero de ellos es el reemplazo ion por ion en minerales , esto puede ocurrir a partir de la precipitación de nuevos minerales al mismo tiempo que la disolución de 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 proviene del metamorfismo isoquímico, o la adición o resta de elementos principales distintos del agua (H 2 O) y el dióxido de carbono (CO 2 ). [6] La última característica son las distintas zonas de metasomatismo. Estos se forman a partir de magmatismo y metamorfismo y forman un patrón característico de una columna metasomática. [6]
Las rocas metasomáticas pueden ser extremadamente variadas. A menudo, las rocas metasomatizadas están alteradas de manera generalizada pero débil , 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 del protolito, etc.
En algunos casos se pueden encontrar evidencias geoquímicas de procesos de alteración metasomática. Suele presentarse en forma de elementos móviles y solubles, como bario , estroncio , rubidio , calcio y algunos elementos de tierras raras . Sin embargo, para caracterizar adecuadamente la alteración, es necesario comparar muestras alteradas con muestras no alteradas.
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 los granos y la mineralogía de la peridotita parece sin cambios. En el metasomatismo modal se forman nuevos minerales.
El metasomatismo críptico puede deberse a que las masas fundidas ascendentes o percoladas interactúan con la peridotita circundante, y se modifican las composiciones tanto de las masas fundidas como de la peridotita. A altas temperaturas del manto, la difusión en estado sólido también puede ser eficaz para cambiar la composición 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 la evidencia del proceso.
El metasomatismo modal puede resultar en la formación de anfíboles y flogopitas , y la presencia de estos minerales en xenolitos de peridotita se ha considerado una fuerte evidencia de procesos metasomáticos en el manto. La formación de minerales menos comunes en la peridotita, como dolomita , calcita , ilmenita , rutilo y armalcolita , también se atribuye al metasomatismo fluido o fundido.
Se discuten dos esquemas principales para la manifestación del metasomatismo en la naturaleza en sistemas graníticos. [9] Metasomatismo de difusión, que se mencionó en la sección de tipos de metasomatitis, y metasomatismo de infiltración. La infiltración se produce en grietas o fracturas que favorecen el flujo de fluidos en zonas de alta permeabilidad. [9] La difusión tiene lugar cuando se incorpora fluido a los poros de la roca, esto está determinado por la porosidad . Las rocas alteradas por metasomatismo de infiltración estarán menos alteradas que las rocas alteradas por difusión debido a los efectos de dispersión durante la advección del fluido. [10]
Estos dos métodos se utilizan comúnmente para el transporte de una región a otra. Estas regiones afectadas pueden enriquecerse o agotarse en los componentes transportados en relación con el estado premetasomático. [11] La meteorización química afecta fuertemente los niveles y contenidos del líquido metasomático y el elemento principal geoquímica y mineralogía de los sedimentos siliciclásticos. [12]
La investigación de rocas alteradas en depósitos de minerales hidrotermales ha resaltado varios tipos ubicuos de conjuntos de alteración que forman distintos grupos de efectos de alteración metasomática, texturas y conjuntos minerales.
Los tipos más raros de fluidos hidrotermales pueden incluir fluidos altamente carbónicos, que dan como resultado reacciones de carbonatación avanzadas de la roca huésped típicas de los calcosilicatos , y fluidos de sílice-hematita que dan como resultado la producción de jasperoides , depósitos de mineral de manto y zonas generalizadas de silicificación , típicamente en estratos de dolomita . . Los minerales estresados y las rocas rurales de plutones graníticos son reemplazados por porfiroblastos de ortoclasa y cuarzo, en las monzonitas de cuarzo Papoose Flat. [14]