Facies metamórficas

Una facies metamórfica es un conjunto de ensamblajes minerales en rocas metamórficas formadas bajo presiones y temperaturas similares. El ensamblaje es típico de lo que se forma en condiciones correspondientes a un área en el gráfico bidimensional de temperatura frente a presión (ver diagrama en la Figura 1). Por lo tanto, las rocas que contienen ciertos minerales pueden vincularse a ciertos entornos, tiempos y lugares tectónicos en la historia geológica del área. Los límites entre las facies (y las áreas correspondientes en el gráfico de temperatura versus presión) son amplios porque son graduales y aproximados.El área en el gráfico correspondiente a la formación de rocas a los valores más bajos de temperatura y presión es el rango de formación de rocas sedimentarias, a diferencia de las rocas metamórficas, en un proceso llamado diagénesis.

Definición histórica

El nombre facies fue utilizado por primera vez para ambientes sedimentarios específicos en rocas sedimentarias por el geólogo suizo Amanz Gressly en 1838. De forma análoga a estas facies sedimentarias, el petrólogo finlandés Pentti Eskola propuso una serie de facies metamórficas en 1920. La clasificación de Eskola fue refinada por el geólogo neozelandés Francis John Turner a lo largo de su carrera. Una obra clásica de Turner fue el libro que publicó en 1948 titulado Evolución mineralógica y estructural de las rocas metamórficas. Turner continuó trabajando en el campo, refinando las clasificaciones de facies metamórficas hasta el final de su carrera a principios de la década de 1970.

Principios subyacentes

Las diferentes facies metamórficas están definidas por la composición mineralógica de una roca. Cuando la temperatura o la presión en un cuerpo rocoso cambian, la roca puede pasar a una facies diferente y algunos minerales se vuelven estables mientras que otros se vuelven inestables o metaestables. Que los minerales realmente reaccionen depende de la cinética de la reacción, la energía de activación de la reacción y la cantidad de líquido presente en la roca.

Los minerales en una roca metamórfica y sus relaciones de edad pueden estudiarse mediante microscopía óptica o microscopía electrónica de barrido de secciones delgadas de la roca. Además de las facies metamórficas de una roca, todo un terreno puede describirse mediante las abreviaturas LT, MT, HT, LP, MP, HP (de baja, media o alta; presión o temperatura). Desde la década de 1980, el término UHP (ultra alta presión) se ha utilizado para rocas que experimentaron presiones extremas.

Los minerales que crecen en una roca también dependen de la composición original del protolito (la roca original antes de la metamorfosis). Las rocas carbonatadas tienen una composición diferente a la lava basáltica, los minerales que pueden crecer en ellas también son diferentes. Por lo tanto, una metapsammita y una metapelita tendrán diferentes composiciones mineralógicas aunque estén en las mismas facies metamórficas.

Índice de minerales

Cada facies metamórfica tiene algunos minerales índice por los cuales puede ser reconocida. Eso no significa que estos minerales necesariamente serán visibles a simple vista, o incluso existirán en la roca; si la roca no tiene la composición química adecuada, no cristalizarán.

Los minerales índice muy típicos son los polimorfos de aluminosilicato (Al ₂ SiO ₅, todos son nesosilicatos). La andalucita es estable a baja presión, la cianita es estable a alta presión pero a una temperatura relativamente baja y la silimanita es estable a alta temperatura.

Ensambles minerales

Facies de zeolita

La facies de zeolita es la facies metamórfica con el grado metamórfico más bajo. A temperaturas y presiones más bajas, los procesos en la roca se denominan diagénesis. La facies recibe su nombre de las zeolitas, tectosilicatos fuertemente hidratados. Puede tener los siguientes ensamblajes minerales:

En rocas metaígneas y grauvacas:

• heulandita + analcita + cuarzo ± minerales arcillosos
• laumontita + albita + cuarzo ± clorita

En metapelitas:

• moscovita + clorita + albita + cuarzo

Facies de prehnita-pumpellyita

La facies de prehnita-pumpellyita es un poco más alta en presión y temperatura que la facies de zeolita. Recibe su nombre de los minerales prehnita (un filosilicato de Ca-Al) y pumpellyita (un sorosilicato). La prehnita-pumpellyita se caracteriza por los conjuntos minerales:

En rocas metaígneas y grauvacas:

• prehnita + pumpellyita + clorita + albita + cuarzo
• pumpellyita + clorita + epidota + albita + cuarzo
• pumpellyita + epidota + estilpnomelano + moscovita + albita + cuarzo

En metapelitas:

• moscovita + clorita + albita + cuarzo

Facies de esquisto verde

La facies de esquisto verde se encuentra a baja presión y temperatura. La facies recibe su nombre de la típica textura esquistosa de las rocas y el color verde de los minerales clorita, epidota y actinolita. Los conjuntos minerales característicos son:

En metabasitas:

• clorita + albita + epidota ± actinolita, cuarzo

En metagrauvacas:

• albita + cuarzo + epidota + moscovita ± estilpnomelano

En metapelitas:

• moscovita + clorita + albita + cuarzo
• cloritoide + clorita + moscovita + cuarzo ± paragonita
• biotita + moscovita + clorita + albita + cuarzo + Mn-granate (pessartina)

En rocas dolomíticas ricas en Si:

• dolomita + cuarzo

Facies de epidota-anfibolita

Facies de anfibolita

La facies de anfibolita es una facies de presión media y temperatura media a alta. Lleva el nombre de los anfíboles que se forman en tales circunstancias. Tiene los siguientes ensamblajes minerales:

En metabasitas:

• hornblenda + plagioclasa ± epidota, granate, cummingtonita, diópsido, biotita

En metapelitas:

• moscovita + biotita + cuarzo + plagioclasa ± granate, estaurolita, cianita/sillimanita

En Si-dolostonas:

• dolomita + calcita + tremolita ± talco (menor presión y temperatura)
• dolomita + calcita + diópsido ± forsterita (mayor presión y temperatura)

Facies de granulita

La facies de granulita es el mayor grado de metamorfismo a media presión. La profundidad a la que se produce no es constante. Un mineral característico de esta facies y de la facies piroxeno-hornblenda es el ortopiroxeno. La facies de granulita se caracteriza por los siguientes conjuntos minerales:

En metabasitas:

• ortopiroxeno + clinopiroxeno + hornblenda + plagioclasa ± biotita
• ortopiroxeno + clinopiroxeno + plagioclasa ± cuarzo
• clinopiroxeno + plagioclasa + granate ± ortopiroxeno (presión más alta)

En metapelitas:

• granate + cordierita + sillimanita + feldespato K + cuarzo ± biotita
• zafirina + ortopiroxeno + K-feldespato + cuarzo ± osumilita (a muy alta temperatura)

Facies de temperatura ultra alta

Facies de esquisto azul

La facies de esquisto azul está a una temperatura relativamente baja pero a una presión alta, como ocurre en las rocas en una zona de subducción. La facies recibe su nombre del carácter esquistoso de las rocas y de los minerales azules glaucofana y lawsonita. La facies de esquisto azul forma los siguientes conjuntos minerales:

En metabasitas:

• glaucofana + lawsonita + clorita + esfena ± epidota ± fengita ± paragonita, onfacita

En metagrauvacas:

• cuarzo + jadeíta + lawsonita ± fengita, glaucofana, clorita

En metapelitas:

• fengita + paragonita + carfolita + clorita + cuarzo

En rocas carbonatadas (mármoles):

• aragonito

Facies de eclogita

La facies eclogita es la facies a mayor presión y alta temperatura. Lleva el nombre de la eclogita de roca metabásica. La facies de eclogita tiene los conjuntos minerales:

En metabasitas:

• onfacita + granate ± cianita, cuarzo, hornblenda, zoisita

En metagranodiorita:

• cuarzo + fengita + jadeíta/onfacita + granate

En metapelitas:

• fengita + granate + cianita + cloritoide (rico en Mg) + cuarzo
• fengita + cianita + talco + cuarzo ± jadeíta

Facies de albita-epidota-hornfels

La facies albita-epidota-hornfels es una facies a baja presión y temperaturas relativamente bajas. Recibe su nombre de los dos minerales albita y epidota, aunque también son estables en otras facies. Hornfels es una roca formada por metamorfismo de contacto, un proceso que se caracteriza por altas temperaturas pero bajas presiones/profundidades. Esta facies se caracteriza por los siguientes minerales:

En metabasitas:

• albita + epidota + actinolita + clorita + cuarzo

En metapelitas:

• moscovita + biotita + clorita + cuarzo

En ensamblaje calcáreo: Calcita + talco + cuarzo

Facies de hornblenda-hornfels

La facies hornblenda-hornfels es una facies con las mismas presiones bajas pero temperaturas ligeramente más altas que la facies albita-epidota. Aunque lleva el nombre del mineral hornblenda, la apariencia de ese mineral no se limita a esta facies. La facies de hornblenda-hornfels tiene los siguientes conjuntos minerales:

En metabasitas:

• hornblenda + plagioclasa ± diópsido, antofilita/cummingtonita, cuarzo

En metapelitas:

• moscovita + biotita + andalucita + cordierita + cuarzo + plagioclasa

En sedimentos pobres en K ₂ O o rocas metaígneas:

• cordierita + antofilita + biotita + plagioclasa + cuarzo

En dolomías ricas en Si:

• dolomita + calcita + tremolita ± talco

Facies de piroxeno-hornfels

La facies de piroxeno-hornfels es la facies metamórfica de contacto con las temperaturas más altas y, al igual que la facies de granulita, se caracteriza por el mineral ortopiroxeno. Se caracteriza por los siguientes conjuntos minerales:

En metabasitas:

• ortopiroxeno + clinopiroxeno + plagioclasa ± olivino o cuarzo

En metapelitas:

• cordierita + cuarzo + sillimanita + K-feldespato (ortoclasa) ± biotita ± granate

(Si la temperatura es inferior a 750 °C habrá andalucita en lugar de sillimanita)

• cordierita + ortopiroxeno + plagioclasa ± granate, espinela

En rocas carbonatadas:

• calcita + forsterita ± diópsido, periclasa
• diópsido + grosularia + wollastonita ± vesuvianita

Facies de sanidinita

La facies sanidinita es una facies rara de temperaturas extremadamente altas y baja presión. Solo se puede alcanzar bajo ciertas circunstancias metamórficas de contacto. Debido a la alta temperatura, la roca experimenta un derretimiento parcial y se forma el vidrio. Esta facies recibe su nombre del mineral sanidina. Se caracteriza por los siguientes conjuntos minerales:

En metapelitas:

• cordierita + mullita + sanidina + tridimita (a menudo alterada a cuarzo) + vidrio

En carbonatos:

• wollastonita + anortita + diópsido
• monticellita + melilita ± calcita, diópsido (también tilleyita, espurrita, merwinita, larnita y otros silicatos raros de Ca o Ca-Mg).

Entorno tectónico

Ecologites y blueschists están asociados con zonas de subducción. Las granulitas están asociadas a arcos volcánicos.