Petrologia

Un gra de sorra volcànic sota el microscopi i llum polaritzada.

La petrologia (terme que deriva del grec πέτρα, petra, "roca" i λόγος, logos, "estudi") és la branca de la geologia que estudia l'origen composició, distribució i estructura de les roques.

La litologia havia estat un sinònim aproximat de petrografia, però en l'ús actual, la litologia se centra en mostres macroscòpiques o descripció de roques fora d'escala, mentre la petrografia està especialitzada en els detalls microscòpics.

En la indústria del petroli, la litologia, o més específicament el mud logging, és la representació gràfica de les formacions geològiques que han estat perforades en un enregistrador (log) anomenat un enregistrador de fang (mud log), ja que el fang és el medi de circulació emprat en la perforació. A mesura que els talls es treuen del forat de perforació són mostrejats, examinats (típicament sota un microscopi de 10 augments) i examinats químicament quan es necessita.

Petrografia

Aquesta secció és un extracte de Petrografia.[modifica]

La petrografia és la branca de la geologia que s'ocupa de l'estudi i investigació de les roques, especialment pel que fa al seu aspecte descriptiu, la seva composició mineralògica i la seva estructura. Es complementa així amb la petrologia, disciplina que se centra principalment en la naturalesa i origen de les roques.

Les roques es componen de diferents minerals i, segons l'estat d'aquests i les condicions de formació, es classifiquen en tres grans grups: ígnies, produïdes a conseqüència de processos magmàtics i eruptius; sedimentàries, originades per dipòsit de diferents minerals, i metamòrfiques, formades en l'interior de la Terra, on són sotmeses a fortes pressions i elevades temperatures que deixen una empremta indeleble en la seva estructura.

Metodologia

La petrologia utilitza els camps clàssics de mineralogia, petrografia, mineralogia òptica, i anàlisis químiques per a descriure la composició i la textura de les roques. Els petròlegs moderns també inclouen els principis de la geoquímica i geofísica a través de l'estudi de les característiques geoquímiques i els cicles i l'ús de les dades de la termodinàmica i els experiments per entendre millor l'origen de les roques.

Branques

Hi ha tres branques de la petrologia, corresponent als tres tipus de roques: ígnies, metamòrfiques, i sedimentàries, i altres que tracten amb tècniques experimentals:

• La petrologia ígnia se centra en la composició i textura de les roques ígnies (com poden ser el cas del granit o del basalt). Les roques ígnies inclouen roques volcàniques i intrusives (altrament dites plutòniques).
• La petrologia sedimentària se centra en les roques sedimentàries (roques com la pedra sorrenca, el shale, o la pedra calcària normalment unides en una matriu de material més fi).
• La petrologia metamòrfica se centra en les roques metamòrfiques (com la pissarra, marbre, gneis, o esquist que s'han transformat sota pressió i/o temperatura extrema)
• La petrologia experimental fa servir aparells que proporcionen altes pressions i a la temperatura per investigar la geoquímica i les relacions de fase de materials naturals o sintètics.

Petrologia clàssica

Diferents modes de formació rocosa. La petrologia és clàssicament l'estudi de les roques per observació en el camp i sota un microscopi (òptic o electrònic) i per anàlisi espectroscòpica i químic de les roques mateixes o de les seves minerals. A causa de la naturalesa dels fenòmens involucrats, podem parlar no d'una sinó de tres disciplines petrològiques:

• la petrologia magmàtica (a vegades també anomenada petrologia "cristall") està interessada en roques ígnies com el basalt o el granit. La història de la formació d'una roca magmàtica pot ser molt complexa: comença amb la gènesi d'un magma (esquemàticament, un líquid produït per la fusió de roques preexistents) i continua amb la cristal·lització gradual d'aquest magma, etapa durant i després de la qual cosa tenen lloc moltes transformacions químiques. Per abús del llenguatge, l'ús del terme "petrologia" sovint es restringeix únicament a la petrologia magmàtica;
• la petrologia sedimentària (o sedimentologia) se centra en els mecanismes que governen la formació de roques sedimentàries com calcàries o gres. Explora la interacció dels sediments i les roques sedimentàries i volcàniques amb la biosfera, la hidrosfera, l'atmosfera, la criosfera i l'escorça terrestre. La sedimentologia implica la descripció, classificació, modelatge i interpretació de sediments marins i no marins per a determinar els processos físics, químics i biològics pels quals es van formar. La petrologia sedimentària estudia la composició mineralògica i geoquímica dels sediments i les roques sedimentàries per a determinar els processos de formació deposicionals i postdeposicionals. L'estudi dels sediments i les roques sedimentàries és socialment rellevant perquè alberguen la majoria dels recursos agrícoles, combustibles, metàl·lics i no-metàl·lics del món, registren l'origen i l'evolució de la vida i són el principal substrat de la geologia ambiental.

• la petrologia metamòrfica en si mateixa és la comprensió objectiva de les transformacions que condueixen a la formació de roques metamòrfiques com les lutites o el gneis. Roques sedimentàries o magmàtiques originalment simples, aquestes roques van experimentar, durant un període d'enterrament profund en l'escorça terrestre, els efectes d'una exposició prolongada a altes pressions i altes temperatures. En virtut de la qual cosa les seves textures, la seva mineralogia, també la seva química, podrien sofrir profundes transformacions. La disciplina aborda processos petrogenètics com la recristal·lització, reaccions contínues i discontínues, reaccions mixtes de volàtils i deformació.

Aquests tres camps d'estudi es distingeixen clarament per les eines i mètodes que se'ls presten. Diversos programaris de sistematització i simulació permeten un enfocament dinàmic general, però els estudis de camp són variats. En general, les tres disciplines es basen en enfocaments petrogràfics i es basen en gran manera en les eines, mètodes i conceptes oferts per altres ciències (les més importants són la química, la química orgànica, la física, la química física i l'anàlisi digital) i, més particularment, les geociències (geoquímica, geodèsia, geofísica, mineralogia).

Altres subdisciplines són:

• Una distinció segons els mètodes de recerca condueix a la petrologia experimental, analítica i teòrica.
• Àrees que s'ocupen de l'ús econòmic de les roques, p. ex. B. com a pedra decorativa, es diu petrologia aplicada.
• L'àrea de transició a la geofísica, que s'ocupa en particular del comportament de les ones sísmiques en les roques, es denomina petrofísica.

Petrologia experimental

La petrologia experimental té com a objectiu reproduir en el laboratori les condicions de temperatura i pressió que han sofert els minerals, roques o els seus precursors (magmes, fluids hidrotermals) a l'interior de l'escorça o mantell terrestre. L'objectiu és establir les propietats d'equilibri dels materials terrestres (fins i tot extraterrestres) en aquestes condicions, així com la naturalesa i cinètica de la seva evolució.

La petrologia experimental utilitza dispositius que permeten aconseguir altes temperatures (fins a un màxim d'aproximadament 3.700 °C) a pressió atmosfèrica o alta o fins i tot molt alta pressió (fins aproximadament 600 GPa, o sis milions d'atmosferes). L'inconvenient és que com més extremes siguin les condicions a aconseguir, menor ha de ser la grandària de la mostra: uns cm³ en els casos més favorables, menys d'1 mm³ en les condicions més extremes. Els dispositius dels empleats són típicament autoclaus, el cilindre-pistó (endins) o la cel·la d'enclusa de diamant. Es tracta del treball de la petrologia experimental, pioner en Norman Bowen (1887-1956), que va permetre establir els diagrames de fases i les taules de dades termodinàmiques necessàries per a la comprensió dels processos petrogenètics (els mecanismes formació rocosa responsable).

Petrologia metamòrfica

Tipus de metamorfismes

Metamorfisme de contacte

El metamorfisme de contacte es produeix al costat d'intrusions ígnies i és el resultat de les altes temperatures associades a la intrusió ígnia. Atès que el magma només escalfa una petita zona al voltant de la intrusió, el metamorfisme es limita a la zona que envolta a la intrusió, denominada aurèola metamòrfica o de contacte Fora de l'aurèola de contacte, les roques no es veuen afectades per l'esdeveniment intrusiu. El grau de metamorfisme augmenta en totes les direccions cap a la intrusió. Pel fet que les diferències de temperatura entre la roca circumdant i el magma intruït són majors en els nivells poc profunds de l'escorça, on la pressió és baixa, el metamorfisme de contacte es denomina sovint metamorfisme d'alta temperatura i baixa pressió.

Metamorfisme regional

El metamorfisme regional es produeix en zones extenses i, en general, no guarda relació amb els cossos ignis. La major part del metamorfisme regional va acompanyat de deformació en condicions no hidroestàtiques o de tensió diferencial. Així, el metamorfisme regional sol donar lloc a la formació de roques metamòrfiques fortament foliades, com a pissarres, esquistos i gniesses. La tensió diferencial sol ser el resultat de forces tectòniques que produeixen tensions de compressió en les roques, com quan col·lideixen dues masses continentals. Així, les roques metamorfosades regionalment apareixen en els nuclis dels cinturons muntanyencs de plecs i cavalcaments o en serralades erosionades. Els esforços de compressió provoquen el plegament de les roques i l'engruiximent de l'escorça, la qual cosa tendeix a empènyer les roques cap a nivells més profunds, on estan sotmeses a temperatures i pressions més elevades.

Metamorfisme cataclàstic

El metamorfisme cataclàstic es produeix com a resultat d'una deformació mecànica, com quan dos cossos de roca es llisquen un al costat de l'altre al llarg d'una zona de falla. La calor es genera per la fricció del lliscament al llarg d'una zona de cisalla, i les roques tendeixen a deformar-se mecànicament, sent aixafades i polvoritzades, a causa del cisallament. El metamorfisme cataclàstic no és molt freqüent i es limita a una zona estreta al llarg de la qual s'ha produït el cisallament.

Metamorfisme hidrotermal

Les roques alterades a altes temperatures i pressions moderades per fluids hidrotermals sofreixen metamorfisme hidrotermal. Això és comú en roques basàltiques que generalment manquen de minerals hidrosos. El metamorfisme hidrotermal dona lloc a l'alteració de minerals rics en Mg-Fe com el talc, la clorita, la serpentina, l'actinolita, la tremolita, les zeolites i els minerals argilencs.

Metamorfisme d'enterrament

Quan les roques sedimentàries s'enterren a profunditats de diversos centenars de metres, poden desenvolupar-se temperatures superiors a 300 °C en absència de tensions diferencials. Creixen nous minerals, però la roca no sembla metamorfosada. Els principals minerals produïts són les zeolites. El metamorfisme d'enterrament se superposa, fins a un cert punt, amb les diagènesis, i es gradua en metamorfisme regional a mesura que augmenten la temperatura i la pressió.

Metamorfisme d'impacte

Quan un cos extraterrestre, com un meteorit o un cometa, impacta contra la Terra o si es produeix una explosió volcànica molt gran, poden generar-se pressions ultraelevades en la roca impactada. Aquestes pressions ultraelevades poden produir minerals que només són estables a pressions molt elevades, com els polimorfs de SiO2 coesita i stishovita. A més, poden produir textures conegudes com a laminetes de xoc en els grans minerals, i textures com a cons de fragmentació en la roca impactada.

Classificació de les roques metamòrfiques

Conjunt mineral, textura, protòlit i composició química de la roca.

Textura

En les roques metamòrfiques, els minerals individuals poden o no estar limitats per cares cristal·lines. Els que estan limitats per les seves pròpies cares cristal·lines es denominen idioblàstics. Els que no mostren cap de les seves cares cristal·lines es denominen xenoblàstics. A partir de l'examen de les roques metamòrfiques, s'ha descobert que els minerals metamòrfics es poden enumerar en una seqüència generalitzada, coneguda com la sèrie cristaloblàstica, que enumera els minerals en ordre de la seva tendència a ser idioblàstics. En la sèrie, cada mineral tendeix a desenvolupar superfícies idioblàstiques enfront de qualsevol mineral que es trobi més avall en la sèrie. Aquesta sèrie s'enumera a continuació:

• rútil, esfena, magnetita
• turmalina cianita, estaurolita, granat, andalusita
• epidota, zoisita, lawsonita, forsterita
• piroxens, amfíbols, wol·lastonita
• miques, clorites, talc, estilpnomelà, prehnita
• dolomia, calcita
• escapolita, cordierita, feldespats
• quars

Aquesta sèrie pot, de manera bastant general, permetre determinar l'origen d'una roca donada. Per exemple, una roca que presenta cristalls euhedrals de plagiòclasi en contacte amb amfíbols anhedrals, probablement va tenir un protòlit igni, ja que una roca metamòrfica amb els mateixos minerals hauria de presentar amfíbols euhedrals en contacte amb plagiòclasi anhedral.

Un altre aspecte de la sèrie cristaloblàstica és que els minerals que ocupen els primers llocs de la llista tendeixen a formar porfiroblasts (l'equivalent metamòrfic dels fenocrists), encara que el feldespat K (un mineral que es troba més avall en la llista) també pot formar porfiroblasts. Els porfiroblasts solen estar plagats d'inclusions d'altres minerals que van quedar embolicats durant el creixement del porfiroblast. Es diu que tenen una textura poiquiloblàstica.

La majoria de les textures metamòrfiques presenten foliació. La foliació sol ser causada per una orientació preferent dels silicats laminars. Si una roca té un clivatge pissarrós com a foliació, es denomina pissarra, si té una foliació filítica, es denomina filita, si té una foliació esquistosa, es denomina esquist. Una roca que presenta una textura safatada sense una foliació definida es denomina gneis. Totes elles poden ser porfiroblàstiques (és a dir, poden contenir porhiroblasts).

Una roca que no presenta foliació es denomina hornfels si la grandària del gra és petit, i granulita, si la grandària del gra és gran i els minerals individuals poden distingir-se fàcilment amb una lupa de mà.

Protòlit

Protòlit fa referència a la roca original, anterior al metamorfisme. En les roques metamòrfiques de baix grau, sovint es conserven les textures originals, la qual cosa permet determinar el protòlit probable. A mesura que augmenta el grau de metamorfisme, les textures originals són substituïdes per textures metamòrfiques i s'utilitzen altres pistes, com la composició química de la roca, per a determinar el protòlit.

Composició química global

El conjunt de minerals que es desenvolupa en una roca metamòrfica depèn de:

• La pressió i la temperatura aconseguides durant el metamorfisme
• La composició de qualsevol fase fluida present durant el metamorfisme, i
• La composició química global de la roca.

Igual que en les roques ígnies, els minerals només poden formar-se si els constituents químics necessaris són presents en la roca (és a dir, el concepte de saturació de sílice i saturació d'alúmina també s'aplica a les roques metamòrfiques). Basant-se en el conjunt de minerals presents en la roca, sovint es pot estimar la composició química general aproximada de la roca. Alguns termes que descriuen aquesta composició química general són els següents:

Pelítiques

Aquestes roques són derivats de roques sedimentàries aluminoses com a pissarres i llots. A causa de les seves altes concentracions d'alúmina es reconeixen per l'abundància de minerals aluminosos, com a minerals d'argila, miques, cianita, sil·limanita, andalusita i granada.

Quars-Feldespàtiques

Les roques que originalment contenien principalment quars i feldespat, com les roques granítiques i els gresos arcòsiques, també contindran abundant quars i feldespat com a roques metamòrfiques, ja que aquests minerals són estables en una àmplia gamma de temperatures i pressions. Les que presenten principalment quars i feldespat amb només petites quantitats de minerals aluminosos es denominen quars-feldespàtiques.

Calcàries

Les roques calcàries són riques en calci. Solen ser derivats de roques carbonatades, encara que contenen altres minerals que resulten de la reacció dels carbonats amb minerals detrítics silicis associats que eren presents en la roca. En graus baixos de metamorfisme les roques calcàries es reconeixen per la seva abundància de minerals carbonatats com la calcita i la dolomia. A mesura que augmenta el grau de metamorfisme, aquests són substituïts per minerals com a brucita, flogopita (biotita rica en Mg), clorita i tremolita. En graus fins i tot superiors, minerals anhidres com diòpsid, forsterita, wol·lastonita, grossularita i plagiòclasi càlcica.

Bàsiques

Igual que en les roques ígnies, el terme bàsica fa referència a un baix contingut en sílice. Les roques metamòrfiques bàsiques són generalment derivats de roques ígnies bàsiques com a basalts i gabres. Tenen abundància de minerals de Fe-Mg com a biotita, clorita i hornblenda, així com minerals càlcics com plagiòclasi i epidota.

Magnesianes

Les roques riques en Mg i relativament pobres en Fe es denominen magnesianes. Aquestes roques contenen minerals rics en Mg, com a serpentina, brucita, talc, dolomia i tremolita. En general, aquestes roques solen tenir un protòlit ultrabàsic, com la peridotita, la dunita o la piroxenita.

Ferriginoses

Les roques riques en Fe amb poc Mg es denominen ferriginosas. Aquestes roques poden ser derivats de cherts rics en Fe o ironstones. Es caracteritzen per l'abundància de minerals rics en Fe, com la greenalita (serpentina rica en Fe), la minnesotaita (talc ric en Fe), la ferroactinolita, la ferrocummingtonita, l'hematites i la magnetita en els graus baixos, i la ferrosilita, la fayalita, la ferrohedenbergita i el granat almandina en els graus alts.

Manganíferes

Les roques que es caracteritzen per la presència de minerals rics en Mn es denominen manganíferes. Es caracteritzen per minerals com el estilpnomelà i la espesartina.

Vegeu també

• Litologia

Bibliografia

• Best, Myron G. (2002), Igneous and Metamorphic Petrology (Blackwell Publishing). ISBN 1-4051-0588-7
• Blatt, Harvey; Tracy, Robert J.; Owens, Brent (2005), Petrology: igneous, sedimentary, and metamorphic (Nova York: W. H. Freeman). ISBN 978-0-7167-3743-8
• Dietrich, Richard Vincent; Skinner, Brian J. (2009), Gems, Granites, and Gravels: knowing and using rocks and minerals (Cambridge University Press). ISBN 978-0-521-10722-8
• Fei, Yingwei; Bertka, Constance M.; Mysen, Bjorn O. (eds.) (1999), Mantle Petrology: field observations and high-pressure experimentation (Houston TX: Geochemical Society). ISBN 0-941809-05-6
• Philpotts, Anthony; Ague, Jay (2009), Principles of Igneous and Metamorphic Petrology (Cambridge University Press). ISBN 978-0-521-88006-0
• Robb, L. (2005), Introduction to Ore-Forming Processes (Blackwell Science). ISBN 978-0-632-06378-9

Enllaços externs

• Atlas of Igneous and metamorphic rocks, minerals, and textures Arxivat 2006-12-08 a Wayback Machine. - Geology Department, University of North Carolina
• Metamorphic Petrology Database (MetPetDB) Arxivat 2011-07-20 a Wayback Machine. - Department of Earth and Environmental Sciences, Rensselaer Polytechnic Institute
• Petrological Database of the Ocean Floor (PetDB) Arxivat 2008-08-20 a Wayback Machine. - Center for International Earth Science Information Network (CIESIN), Columbia University