Arenisca - Sandstone

Este artículo trata sobre el tipo de roca geológica. Para otros usos, consulte Sandstone (desambiguación) .
Arenisca
Roca sedimentaria
USDA piedra arenisca mineral 93c3955.jpg
Cortar losa de piedra arenisca con bandas de Liesegang
Composición
Normalmente, cuarzo y feldespato ; también son frecuentes los fragmentos líticos . Se pueden encontrar otros minerales en areniscas particularmente maduras.

La arenisca es una roca sedimentaria clástica compuesta principalmente de granos de silicato del tamaño de la arena (0,0625 a 2 mm) . Las areniscas comprenden alrededor del 20-25% de todas las rocas sedimentarias .

La mayoría de la piedra arenisca está compuesta de cuarzo o feldespato (ambos silicatos ) porque son los minerales más resistentes a los procesos de meteorización en la superficie de la Tierra, como se ve en la serie de disolución de Goldich . Al igual que la arena no cementada , la piedra arenisca puede ser de cualquier color debido a las impurezas dentro de los minerales, pero los colores más comunes son bronceado, marrón, amarillo, rojo, gris, rosa, blanco y negro. Dado que los lechos de arenisca a menudo forman acantilados muy visibles y otras características topográficas , ciertos colores de arenisca se han identificado fuertemente con ciertas regiones.

Las formaciones rocosas que están compuestas principalmente de arenisca generalmente permiten la filtración de agua y otros fluidos y son lo suficientemente porosas como para almacenar grandes cantidades, lo que las convierte en valiosos acuíferos y depósitos de petróleo .

La piedra arenisca que contiene cuarzo se puede transformar en cuarcita a través del metamorfismo , generalmente relacionado con la compresión tectónica dentro de los cinturones orogénicos .

Orígenes

Parte de una serie sobre
Sedimentos
Channel-StellartonFm-CoalburnPit.JPG
Por origen
  • Cosmógeno
  • Hidrogenado
Por textura
Por composición
Por proceso
Por estructura
Sedimento del suelo
Sedimento marino
Sedimentos biológicos
Ecología sedimentaria
Carbono sedimentario
Roca sedimentaria
Relacionado

Las areniscas son de origen clástico (a diferencia de las orgánicas , como la tiza y el carbón , o las químicas , como el yeso y el jaspe ). Los granos de arena de silicato a partir de los cuales se forman son el producto de la meteorización física y química del lecho rocoso. La meteorización y la erosión son más rápidas en áreas de alto relieve, como arcos volcánicos , áreas de rifting continental y cinturones orogénicos .

La arena erosionada es transportada por los ríos o por el viento desde sus áreas de origen a ambientes de depósito donde la tectónica ha creado un espacio de alojamiento para que los sedimentos se acumulen. Las cuencas de antearco tienden a acumular arena rica en granos líticos y plagioclasa . Las cuencas intracontinentales y los grabens a lo largo de los márgenes continentales también son entornos comunes para la deposición de arena.

A medida que los sedimentos continúan acumulándose en el ambiente depositacional, la arena más vieja es enterrada por sedimentos más jóvenes y se somete a diagénesis . Esto consiste principalmente en la compactación y litificación de la arena. Las primeras etapas de la diagénesis, descritas como eogénesis , tienen lugar a poca profundidad (unas pocas decenas de metros) y se caracterizan por bioturbación y cambios mineralógicos en las arenas, con solo una ligera compactación. La hematita roja que da a las areniscas de lecho rojo su color probablemente se forma durante la eogénesis. El entierro más profundo va acompañado de mesogénesis , durante la cual tiene lugar la mayor parte de la compactación y litificación.

La compactación tiene lugar cuando la arena se ve sometida a una presión cada vez mayor de los sedimentos superpuestos. Los granos de sedimento se mueven hacia arreglos más compactos, los granos dúctiles (como los granos de mica ) se deforman y el espacio poroso se reduce. Además de esta compactación física, la compactación química puede tener lugar a través de una solución a presión . Los puntos de contacto entre los granos están sometidos a la mayor tensión y el mineral filtrado es más soluble que el resto del grano. Como resultado, los puntos de contacto se disuelven, permitiendo que los granos entren en contacto más estrecho.

La litificación sigue de cerca a la compactación, ya que el aumento de las temperaturas en profundidad acelera la deposición del cemento que une los granos. La solución a presión contribuye a la cementación, ya que el mineral disuelto de los puntos de contacto tensos se vuelve a depositar en los espacios porosos no tensados.

La compactación mecánica se lleva a cabo principalmente a profundidades inferiores a los 1000 metros (3300 pies). La compactación química continúa a profundidades de 2.000 metros (6.600 pies) y la mayor parte de la cementación se realiza a profundidades de 2.000 a 5.000 metros (6.600 a 16.400 pies).

El destecho de areniscas enterradas se acompaña de telogénesis , la tercera y última etapa de la diagénesis. A medida que la erosión reduce la profundidad del entierro, la exposición renovada al agua meteórica produce cambios adicionales en la piedra arenisca, como la disolución de parte del cemento para producir una porosidad secundaria .

Componentes

Granos marco

Cantera del paraíso, Sydney , Australia
Arena de Grus y el granitoide del que se deriva

Los granos de estructura son fragmentos detríticos del tamaño de la arena (0,0625 a 2 milímetros (0,00246 a 0,07874 pulgadas) de diámetro) que forman la mayor parte de una arenisca. Estos granos se pueden clasificar en varias categorías diferentes según su composición mineral:

  • Los granos de estructura de cuarzo son los minerales dominantes en la mayoría de las rocas sedimentarias clásticas ; esto se debe a que tienen propiedades físicas excepcionales, como dureza y estabilidad química. Estas propiedades físicas permiten que los granos de cuarzo sobrevivan a múltiples eventos de reciclaje, al mismo tiempo que permiten que los granos muestren cierto grado de redondeo. Los granos de cuarzo evolucionan a partir de rocas plutónicas, que son de origen félsico y también de areniscas más antiguas que han sido recicladas.
  • Los granos de estructura feldespática son comúnmente el segundo mineral más abundante en las areniscas. El feldespato se puede dividir en feldespatos alcalinos y feldespatos plagioclasa, que se pueden distinguir bajo un microscopio petrográfico.
Microfotografía de un grano de arena volcánica ; la imagen superior es luz de polarización plana, la imagen inferior es luz de polarización cruzada, el cuadro de escala en el centro izquierdo es de 0,25 milímetros. Este tipo de grano sería un componente principal de una arenisca lítica.
  • Los granos de estructura lítica (también llamados fragmentos líticos o clastos líticos) son piezas de roca madre antigua que aún no se han desgastado en granos minerales individuales. Los fragmentos líticos pueden ser cualquier roca ígnea, metamórfica o sedimentaria de grano fino o de grano grueso, aunque los fragmentos líticos más comunes que se encuentran en las rocas sedimentarias son los clastos de rocas volcánicas.
  • Los minerales accesorios son todos los demás granos minerales en una piedra arenisca. Estos minerales generalmente constituyen solo un pequeño porcentaje de los granos en una arenisca. Los minerales accesorios comunes incluyen micas ( moscovita y biotita ), olivino , piroxeno y corindón . Muchos de estos granos accesorios son más densos que los silicatos que forman la mayor parte de la roca. Estos minerales pesados son comúnmente resistentes a la intemperie y pueden usarse como un indicador de la madurez de la arenisca a través del índice ZTR . Los minerales pesados ​​comunes incluyen circón , turmalina , rutilo (de ahí ZTR ), granate , magnetita u otros minerales densos y resistentes derivados de la roca fuente.

Matriz

La matriz es un material muy fino, que está presente dentro del espacio poroso intersticial entre los granos de la estructura. La naturaleza de la matriz dentro del espacio poroso intersticial da como resultado una clasificación doble:

  • Las arenitas son areniscas de textura limpia que están libres o tienen muy poca matriz.
  • Los wackes son areniscas de textura sucia que tienen una cantidad significativa de matriz.

Cemento

El cemento es lo que une los granos de la estructura siliciclástica. El cemento es un mineral secundario que se forma después de la deposición y durante el entierro de la arenisca. Estos materiales cementantes pueden ser minerales de silicato o minerales no silicatos, como la calcita.

  • El cemento de sílice puede consistir en minerales de cuarzo u ópalo . El cuarzo es el mineral de silicato más común que actúa como cemento. En la piedra arenisca donde hay cemento de sílice, los granos de cuarzo se adhieren al cemento, lo que crea un borde alrededor del grano de cuarzo llamado crecimiento excesivo. El crecimiento excesivo conserva la misma continuidad cristalográfica del grano de la estructura de cuarzo que se cementa. El cemento de ópalo se encuentra en areniscas que son ricas en materiales volcanogénicos, y muy raramente se encuentra en otras areniscas.
  • El cemento de calcita es el cemento de carbonato más común. El cemento de calcita es una variedad de cristales de calcita más pequeños. El cemento se adhiere a los granos de la estructura, cementando los granos de la estructura juntos.
  • Otros minerales que actúan como cementos incluyen: hematita , limonita , feldespato , anhidrita , yeso , barita , minerales de arcilla y minerales de zeolita .

La piedra arenisca que pierde su aglutinante de cemento debido a la intemperie se vuelve gradualmente friable e inestable. Este proceso puede revertirse un poco mediante la aplicación de ortosilicato de tetraetilo (Si (OC 2 H 5 ) 4 ) que depositará dióxido de silicio amorfo entre los granos de arena. La reacción es la siguiente.

Si (OC 2 H 5 ) 4 (l) + 2 H 2 O (l) → SiO 2 (s) + 4 C 2 H 5 OH (g)

Espacio poroso

El espacio poroso incluye los espacios abiertos dentro de una roca o un suelo. El espacio poroso en una roca tiene una relación directa con la porosidad y permeabilidad de la roca. La porosidad y la permeabilidad están directamente influenciadas por la forma en que se compactan los granos de arena.

  • La porosidad es el porcentaje de volumen total que está habitado por intersticios dentro de una roca determinada. La porosidad está directamente influenciada por el empaque de granos esféricos de tamaño uniforme, reorganizados de empaquetados sueltos a empacados más apretados en areniscas.
  • La permeabilidad es la velocidad a la que el agua u otros fluidos fluyen a través de la roca. Para el agua subterránea , la permeabilidad del trabajo se puede medir en galones por día a través de una sección transversal de un pie cuadrado bajo un gradiente hidráulico unitario .

Tipos de arenisca

Diagrama esquemático QFL que muestra provincias tectónicas
Lecho cruzado y socavación en arenisca de la Formación Logan ( Carbonífero Inferior ) del Condado de Jackson, Ohio
Interior de arenisca roja de Lower Antelope Canyon , Arizona, desgastado por la erosión de las inundaciones repentinas durante miles de años

Las areniscas se clasifican típicamente contando puntos en una sección delgada usando un método como el Método Gazzi-Dickinson . Esto produce los porcentajes relativos de cuarzo, feldespato y granos líticos y la cantidad de matriz de arcilla. La composición de una piedra arenisca puede proporcionar información importante sobre la génesis de los sedimentos cuando se utiliza con un fragmento triangular de Q uartz, F eldspar, L ithic ( diagramas QFL ). Sin embargo, los geólogos no han podido ponerse de acuerdo sobre un conjunto de límites que separan las regiones del triángulo QFL.

Las ayudas visuales son diagramas que permiten a los geólogos interpretar diferentes características de una arenisca. Por ejemplo, una carta QFL se puede marcar con un modelo de procedencia que muestra el probable origen tectónico de areniscas con diversas composiciones de granos de estructura. Asimismo, la tabla de etapas de madurez textural ilustra las diferentes etapas por las que atraviesa una arenisca a medida que aumenta el grado de procesamiento cinético de los sedimentos.

  • Un gráfico QFL es una representación de los granos y la matriz de la estructura que está presente en una piedra arenisca. Esta tabla es similar a las utilizadas en petrología ígnea. Cuando se traza correctamente, este modelo de análisis crea una clasificación cuantitativa significativa de areniscas.
  • Un gráfico de procedencia de areniscas se basa típicamente en un gráfico QFL, pero permite a los geólogos interpretar visualmente los diferentes tipos de lugares de los que pueden originarse las areniscas.
  • Una tabla de etapas de madurez textural muestra las diferencias entre areniscas inmaduras, submaduras, maduras y supermaduras. A medida que la arenisca madura, los granos se vuelven más redondeados y hay menos arcilla en la matriz de la roca.

Esquema de clasificación de Dott

El esquema de clasificación de areniscas de Dott (1964) es uno de los muchos esquemas utilizados por los geólogos para clasificar las areniscas. El esquema de Dott es una modificación de la clasificación de Gilbert de areniscas de silicato e incorpora los conceptos de madurez composicional y textural dual de RL Folk en un sistema de clasificación. La filosofía detrás de la combinación de los esquemas de Gilbert y RL Folk es que es más capaz de "retratar la naturaleza continua de la variación de textura de lutita a arenita y de composición de grano estable a inestable". El esquema de clasificación de Dott se basa en la mineralogía de los granos del marco y en el tipo de matriz presente entre los granos del marco.

En este esquema de clasificación específico, Dott ha establecido el límite entre arenita y wackes en una matriz del 15%. Además, Dott también divide los diferentes tipos de granos de estructura que pueden estar presentes en una arenisca en tres categorías principales: granos de cuarzo, feldespato y líticos.

  • Las arenitas son tipos de arenisca que tienen menos del 15% de matriz de arcilla entre los granos de la estructura.
    • Las arenitas de cuarzo son areniscas que contienen más del 90% de granos silíceos. Los granos pueden incluir fragmentos de roca de cuarzo o sílex . Las arenitas de cuarzo son areniscas de textura madura a supermadura. Estas arenas de cuarzo puro son el resultado de una intensa meteorización que se produjo antes y durante el transporte. Esta meteorización eliminó todo menos los granos de cuarzo, el mineral más estable . Se asocian comúnmente con rocas que se depositan en un ambiente cratónico estable, como playas eólicas o ambientes de plataforma. Las arenitas de cuarzo emanan del reciclaje múltiple de granos de cuarzo, generalmente como rocas fuente sedimentarias y menos regularmente como depósitos de primer ciclo derivados de rocas ígneas o metamórficas primarias .
    • Las arenitas feldespáticas son areniscas que contienen menos del 90% de cuarzo y más feldespato que los fragmentos líticos inestables y minerales accesorios menores. Las areniscas feldespáticas suelen ser inmaduras o submaduras. Estas areniscas se encuentran en asociación con configuraciones de estantes estables o cratónicas. Las areniscas feldespáticas se derivan de rocas cristalinas primarias de tipo granítico. Si la piedra arenisca es predominantemente plagioclasa, entonces es de origen ígneo.
    • Las arenitas líticas se caracterizan por un contenido generalmente alto de fragmentos líticos inestables. Los ejemplos incluyen clastos volcánicos y metamórficos, aunque los clastos estables como el pedernal son comunes en las arenitas líticas. Este tipo de roca contiene menos del 90% de granos de cuarzo y fragmentos de roca más inestables que los feldespatos. Por lo general, son de textura inmadura a submadura. Están asociados con conglomerados fluviales y otros depósitos fluviales, o en conglomerados marinos de aguas más profundas. Se forman en condiciones que producen grandes volúmenes de material inestable, derivados de rocas de grano fino, en su mayoría esquistos , rocas volcánicas , y roca metamórfica .
  • Los wackes son areniscas que contienen más de un 15% de matriz de arcilla entre los granos de la estructura.
    • Los wackes de cuarzo son poco comunes porque las arenitas de cuarzo tienen una textura madura a supermadura.
    • Los wackes feldespáticos son areniscas feldespáticas que contienen una matriz superior al 15%.
    • El wacke lítico es una piedra arenisca en la que la matriz supera el 15%.
  • Las areniscas Arkose contienen más del 25 por ciento de feldespato . Los granos tienden a ser poco redondeados y menos clasificados que los de las areniscas de cuarzo puro. Estas areniscas ricas en feldespato provienen de terrenos graníticos y metamórficos que se erosionan rápidamente donde la meteorización química está subordinada a la meteorización física .
  • Las areniscas de grauvaca son una mezcla heterogénea de fragmentos líticos y granos angulares de cuarzo y feldespato o granos rodeados por una matriz de arcilla de grano fino . Gran parte de esta matriz está formada por fragmentos relativamente blandos, como esquisto y algunas rocas volcánicas, que se alteran químicamente y se compactan físicamente después del enterramiento profundo de la formación de arenisca.

Usos

Una fotografía panorámica del Cuadrángulo.
El cuadrilátero principal de la Universidad de Sydney , una llamada universidad de arenisca
Estatua de piedra arenisca Maria Immaculata por Fidelis Sporer, alrededor de 1770, en Freiburg , Alemania
Lámpara de aceite de arenisca de 17.000 años descubierta en las cuevas de Lascaux , Francia

La piedra arenisca se ha utilizado desde tiempos prehistóricos para la construcción, obras de arte decorativo y herramientas. Se ha utilizado ampliamente en todo el mundo en la construcción de templos, iglesias, hogares y otros edificios, y en ingeniería civil .

Aunque su resistencia a la intemperie varía, la piedra arenisca es fácil de trabajar. Eso lo convierte en un material común de construcción y pavimentación , incluso en hormigón asfáltico . Sin embargo, algunos tipos que se han utilizado en el pasado, como la piedra arenisca de Collyhurst utilizada en el noroeste de Inglaterra , han tenido poca resistencia a la intemperie a largo plazo, lo que ha requerido reparación y reemplazo en edificios más antiguos. Debido a la dureza de los granos individuales, la uniformidad del tamaño del grano y la friabilidad de su estructura, algunos tipos de arenisca son materiales excelentes con los que hacer muelas , para afilar cuchillas y otros implementos. La piedra arenisca no friable se puede utilizar para hacer piedras de moler para moler grano, por ejemplo, piedra de arenilla .

Se ha propuesto un tipo de piedra arenisca de cuarzo puro, la ortocuarcita, con más del 90-95 por ciento de cuarzo, para nominarse al Recurso de Piedra del Patrimonio Mundial . En algunas regiones de Argentina, el orthoquartzite apedreado fachada es una de las principales características de los estilo Mar del Plata bungalows.

Ver también

Notas

Bibliografía

Otras lecturas