Las rocas sedimentarias

Las rocas sedimentarias son las que se forman en la superficie de la Tierra a partir de partículas erosionadas, transportadas, depositadas y transformadas mediante diagénesis hasta dar lugar a un material más o menos consolidado. Como consecuencia del modo en que se forman las rocas sedimentarias dan lugar a capas superpuestas llamadas estratos.

Según su origen las rocas sedimentarias se clasifican en tres grandes categorías:

• Rocas detríticas: están formadas por fragmentos procedentes de la meteorización y el transporte de otras rocas.
• Rocas químicas: formadas por productos de precipitación química que no han sido transportados desde otros lugares.
• Rocas organógenas: tienen su origen en la actividad de los seres vivos.

Las rocas detríticas  están constituidas por tres tipos de elementos:

• Esqueleto: es un conjunto de granos o partículas de tamaño relativamente grande, llamadas clastos, que constituyen la roca.
• Matriz: el conjunto de fragmentos más pequeños que los clastos y que rellenan los espacios que quedan entre ellos.
• Cemento: material resultado de procesos de precipitación química que han tenido lugar durante la diagénesis y que rellena espacios más pequeños que quedan en la roca.

Además, la roca puede presentar huecos no ocupados por material , que constituyen su porosidad. Los poros pueden estar fuera o dentro de los clastos, y pueden deberse a la estructura del sedimento original (porosidad primaria) o a diferentes procesos ocurridos durante la diagénesis (porosidad secundaria).

Las rocas detríticas se diferencian entre sí por dos características fundamentales: los tamaños de las partículas que las forman y su grado de redondez. El tamaño de las partículas está relacionado con la energía del medio que transportó el sedimento (a mayor tamaño de grano, mayor energía) y con su dinámica (la abundancia de fragmentos de tamaño grande indica, por ejemplo, que el medio perdió bruscamente su energía, por ejemplo por un cambio en el caudal de un río, o por el deshielo en el caso de un glaciar), mientras que el grado de redondez de los clastos está relacionado con el tipo de medio que realizó el transporte (por ejemplo, los clastos redondeados son característicos de un transporte activo, como el que se da en los ríos, mientras que los poco redondeados indican un transporte pasivo, como en el caso de las rocas transportadas sobre el hielo glaciar) y con el tiempo que duró el propio proceso de transporte (a mayor redondez, más tiempo de transporte).

De las dos características, la que se toma como principal para clasificar las rocas detríticas es el tamaño de grano. De este modo se pueden distinguir tres tipos básicos de sedimentos y de rocas sedimentarias detríticas:

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  Si el diámetro de los clastos predominantes es mayor de 2 mm se forman sedimentos que reciben el nombre de gravas. Cuando se consolidan, las rocas formadas por estos fragmentos se denominan ruditas. Es posible distinguir dos tipos, en función del grado de redondez de los clastos: los fragmentos redondeados dan lugar a pudingas, mientras que los angulosos forman brechas.


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  Cuando el diámetro de los fragmentos es menor de 2 mm pero supera 1/16 de milímetro los sedimentos reciben el nombre de arenas y las rocas consolidadas se denominan areniscas. Son el resultado de procesos de erosión y de transporte prolongados en el tiempo, por lo que en su composición predominan el cuarzo y, en menor medida, los feldespatos y las micas, ya que ese es el orden de mayor a menor resistencia a la erosión. Suelen encontrarse en playas, dunas, fondos de valles, depósitos fluviales, etc. Su color depende de la naturaleza que une sus fragmentos entre sí, y se clasifican, en función de su composición, en ortocuarcitas (más del 90% de cuarzo), arcosas (alto contenido en feldespatos) y grauvacas (más del 30% de arcillas).


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  Si el tamaño de los fragmentos no alcanza el 1/16 de mm los sedimentos formados reciben el nombre de pelitas y las rocas se denominan lutitas. En este caso la sedimentación tiene lugar fundamentalmente por decantación a partir del agua con partículas en suspensión, y las rocas pueden tener colores muy variados en función de su composición.

Las rocas sedimentarias de origen químico se forman a partir de disoluciones acuosas mediante precipitación o evaporación.

Las rocas carbonáticas son rocas sedimentarias de origen químico formadas fundamentalmente por carbonatos, ya sean de calcio (calizas) o de calcio y magnesio (dolomías). En la mayoría de los casos los materiales carbonatados se forman en el mismo lugar de la sedimentación como consecuencia de diferentes procesos químicos o bioquímicos, caso en el que se denominan rocas carbonatadas autóctonas, aunque también se pueden formar a partir de materiales carbonatados procedentes de otras zonas (clastos).

Los carbonatos son sustancias solubles, de modo que la formación de las rocas carbonatadas mediante precipitación está en equilibrio con procesos de disolución que dan lugar a la destrucción de la roca, lo que provoca paisajes kársticos, caracterizados por la presencia de cuevas u otras formas erosivas dentro de macizos de roca caliza. La relación entre precipitación y disolución de los carbonatos se ve afectada por varios factores ambientales:

• La concentración de CO₂: su presencia favorece la disolución de los carbonatos y dificulta su precipitación.
• El pH: en medios básicos favorecen la precipitación, mientras que los ácidos facilita la disolución de los carbonatos.
• La presencia de otras sales: la presencia en el medio de calcio o magnesio facilita la precipitación de los carbonatos.
• La salinidad dificulta la precipitación.
• La temperatura elevada facilita la precipitación porque reduce la cantidad de dióxido de carbono disuelto.
• La baja presión atmosférica favorece la precipitación.

La precipitación afecta a partículas de diferentes orígenes y características, lo que hace que las rocas carbonatadas estén formadas por una mezcla compleja de elementos de distinto tipo. Por un lado se encuentran los componentes ortoquímicos, que han precipitado directamente a partir del agua. Según el tamaño de las partículas se diferencian micrita y esparita. Pero además la roca incluye otros componentes que se denominan aloquímicos, que son agregados de sedimentos formados dentro de la cuenca. Entre ellos se encuentran fósiles (bioclastos), peloides (restos fecales), oncoides u oolitos (cianobacterias), psioides o pisolitos (de origen inorgánicos) o intraclastos (fragmentos de sedimento que han sido removidos y vueltos a depositar).

La caliza es una roca dura y compacta, de color variado, formada fundamentalmente por carbonato cálcico (CaCO₃). Se reconoce fácilmente si se hace reaccionar con ácido clorhídrico, porque produce burbujas de dióxido de carbono, y en el campo porque no fija la vegetación, de modo que forma macizos de roca desnuda. Tiene su origen en agus tranquilas y poco profundas, en zonas de clima cálido.

Las calizas fosilíferas están formadas por acumulación de restos carbonatados de esqueletos o caparazones de organismos. Presentan colores y texturas muy variables, y suelen clasificarse según los fósiles que las forman, que pueden pertenecer a una gran variedad de grupos: braquiópodos, crinoideos, gasterópodos, nummulites, corales...

La dolomía está formada por carbonato de calcio y magnesio. Normalmente se forma cuando este útimo elemento sustituye parcialmenta al calcio en la red cristalina de la caliza formada previamente.

Las margas son también rocas carbonatadas, pero con una importante proporción de arcillas (entre el 35% y el 65%), por lo que se consideran intermedias entre las arcillas y las calizas. Son propias de depósitos marinos y lacustres con intenso transporte, y suelen contener estructuras sedimentarias, fósiles y nódulos de diferentes minerales.

Las rocas evaporíticas son también rocas químicas que se forman por precipitación directa a partir de salmueras, es decir, a partir de disoluciones acuosas con alta concentración de sales (por encima de 30 g/l). El clima es un factor determinante en su formación: este tipo de rocas se producen en climas áridos, en los que la evaporación es mayor que la precipitación.

En esas condiciones de aridez los minerales precipitan por evaporación, choque y mezcla de aguas, que puede provocar un aumento de la cantidad de iones por encima de su solubilidad, o por cambios de temperatura.

La precipitación tiene lugar por orden de solubilidad: de menos soluble a más soluble, lo que provoca que las cuencas evaporíticas muestren una ordenación concéntrica característica.

El yeso y la anhidrita son rocas evaporíticas formadas por sulfato cálcico hidratado (yeso) o deshidratado (anhidrita). El yeso es blanco en su forma pura, pero puede contener gran variedad de impurezas que le proporcionan colores distintos.

La halita está formada por el depósito de cloruro sódico, que se produce en mares cerrados de climas cálidos.

Las rocas evaporíticas tienen interés económico por su uso industrial o como aditivos alimentarios (sal), así como porque permiten la acumulación de petróleo.

Las rocas organógenas se forman a partir de restos orgánicos, ya sean de animales o de vegetales. Las rocas fosfatadas contienen más de un 20% de fosfatos y otros componentes,  normalmente en forma de nódulos en el seno de otras rocas. Las rocas silíceas, por su parte, son el resultado de la acumulación de restos de organismos con esqueleto silíceo como diatomeas (diatomita) o radiolarios (radiolarita).

Las principales rocas de origen orgánico son, sin embargo, las que tienen como componente mayoritario el carbono: carbón y petróleo.

El carbón es una roca combustible que tiene, incluyendo la humedad, más del 50% en peso y más del 70% en volumen de material carbonoso formado por maceración, compactación y endurecimiento de restos de plantas acumulados en una turbera.

La formación del carbón empieza por la acumulación rápida de restos vegetales en zonas saturadas de agua. Las dos condiciones son necesarias, para que la materia orgánica no pueda ser metabolizada hasta dióxido de carbono por los descomponedores, sino solo transformada parcialmente en otros compuestos orgánicos, eliminándose una parte de los carbohidratos. El resultado de esta descomposición es la turba, un material que contiene entre un 45% y un 60% de Carbono.

La turba, que ya puede utilizarse como combustible de bajo poder energético, puede seguir un proceso de maduración, durante el cual los materiales se compactan, pierden agua y expulsan los compuestos volátiles, dando lugar al lignito, que ya es una roca sedimentaria propiamente dicha con un contenido de carbono que oscila entre el 60% y el 75%. El alto contenido en Nitrógeno y Azufre que sigue teniendo este tipo de carbón hace que su utilización, limitada a la producción de electricidad en las centrales térmicas, de lugar a problemas de contaminación por lluvia ácida, al formarse óxidos de esos dos elementos durante la combustión.

El aumento de presión debido al enterramiento y a la acumulación de sedimentos sobre el carbón provoca que se complete la pérdida de agua y de sustancias volátiles, lo que conduce a la formación de la hulla, cuyo contenido en Carbono va desde el 75% al 90%.

Si continúa el aumento de la presión y de la temperatura acaban por eliminarse casi todos los componentes, quedando prácticamente solo el Carbono. De este modo se forma la antracita, con un contenido en Carbono que oscila entre un 90% y un 95% y que tiene ya carácter metamórfico.

El producto final de la carbonatación de los restos orgánicos es el grafito, cuyo contenido en Carbono llega a ser del 95% al 100%.

Para que todo el proceso pueda llevarse a cabo es necesario que las condiciones en las que se produce la sedimentación y la evolución del carbón sean muy concretas: no puede producirse ningún otro tipo de sedimentación, y a lo largo del proceso deben mantenerse el encharcamiento y el ambiente reductor. Asimismo tiene que mantenerse un equilibrio entre la sedimentación y la subsidencia.

La turba es un material blando y desmenuzable, generalmente de color claro, en el que suelen poder apreciarse a simple vista restos vegetales no descompuestos. El lignito aún conserva estructura leñosa, y su color va desde pardo hasta negruzco. La hulla se caracteriza por su color negro y brillo graso. Su elevado poder calorífico la hace útil para la producción de electricidad o la industria siderúrgica. La antracita presenta un color negro brillante y posee un gran poder calorífico, pero necesita suministro de oxígeno para arder. Normalmente es más utilizada en la industria química. El grafito, por último, es un mineral brillante y de aspecto laminar que se encuentra en rocas metamórficas.

El petróleo es una mezcla de hidrocarburos sólidos (resinas, asfaltos), líquidos (benceno,...) y gaseosos (metano, butano...) de origen orgánico que incluye como componentes minoritarios, oxígeno, nitrógeno y azufre y que se ha formado a partir de sedimentos marinos, lacustres o continentales.

Para que se forme petróleo la materia orgánica debe descomponerse mediante procesos diagenéticos que consisten, básicamente, en fermentaciones aerobias y sobre todo anaerobias. El resultado de esta primera fase de transformación es una mezcla de sustancias que recibe el nombre de kerógeno. Si la evolución se detiene en esta fase se forman pizarras bituminosas, pero si la presión y la temperatura siguen aumentando se produce la catadiagénesis, que transforma el kerógeno en hidrocarburos líquidos y, más adelante, en gas.

El carácter fluido del petróleo hace que frecuentemente las rocas en las que se forma, llamadas rocas madre, no coincidan con el lugar en el que finalmente se encuentra. En las rocas madre el petróleo se encuentra mezclado con agua, rellenando los poros del material. Un aumento de presión, generalmente debido a la acumulación de sedimentos, puede expulsar al petróleo y al agua de la roca madre haciendo, además, que se separen entre sí debido a su diferente densidad. El desplazamiento del petróleo seguirá hasta que alcance una estructura geológica capaz de retenerlo: una roca porosa en contacto con otra impermeable, que impida que continúe el movimento. El desplazamiento desde la roca madre hasta la roca almacén, nombre que recibe esta segunda formación, se denomina migración primaria y la estructura geológica donde el petróleo queda retenido recibe el nombre de trampa.

En ocasiones también se produce una migración secundaria, de una zona a otra de la roca almacén.