Silicificación - Silicification
La silicificación ( geología ) es un proceso de petrificación en el que los fluidos ricos en sílice se filtran en los vacíos de los materiales terrestres , es decir, rocas, madera, huesos, conchas, etc., y reemplazan los materiales originales con sílice (SiO2). La sílice es un material que existe naturalmente que se encuentra en materiales orgánicos e inorgánicos , incluida la corteza y el manto de la Tierra . Existe una variedad de mecanismos de silicificación. En la silicificación de la madera, la sílice penetra y ocupa grietas y huecos en la madera, como vasos y paredes celulares. La materia orgánica original se retiene durante todo el proceso y se descompondrá gradualmente con el tiempo. En silicificación decarbonatos , la sílice reemplaza a los carbonatos por el mismo volumen. El reemplazo se realiza mediante la disolución de los minerales de roca originales y la precipitación de sílice. Esto conduce a la eliminación de materiales originales del sistema. Dependiendo de las estructuras y composición de la roca original, la sílice podría reemplazar solo componentes minerales específicos de la roca. El ácido silícico (H4SiO4) en los fluidos enriquecidos con sílice forma cuarzo , ópalo o calcedonia lenticular, nodular, fibroso o agregado que crece dentro de la roca. La silicificación ocurre cuando rocas o materiales orgánicos están en contacto con agua superficial rica en sílice, enterrados bajo sedimentos y susceptibles al flujo de agua subterránea , o enterrados bajo cenizas volcánicas. La silicificación se asocia a menudo con procesos hidrotermales . La temperatura para la silicificación varía en diversas condiciones: en condiciones moderadas de enterramiento o agua superficial, la temperatura para la silicificación puede ser de alrededor de 25 ° -50 °; mientras que las temperaturas para las inclusiones de fluidos silíceos pueden ser de hasta 150 ° -190 °. Silicificación podría ocurrir durante un sin- deposicional o una etapa de post-deposicional, comúnmente a lo largo de las capas de marcado cambios en la sedimentación tales como discordancias o planos de estratificación .
Fuentes de sílice
Las fuentes de sílice se pueden dividir en dos categorías: sílice en materiales orgánicos e inorgánicos. La primera categoría también se conoce como sílice biogénica , que es un material ubicuo en animales y plantas. La última categoría es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre. Los minerales de silicato son los componentes principales del 95% de las rocas identificadas actualmente.
Biología
La sílice biogénica es la principal fuente de sílice para la diagénesis. Uno de los ejemplos destacados es la presencia de sílice en fitolitos en las hojas de las plantas, es decir. gramíneas y Equisetaceae . Algunos sugirieron que la sílice presente en los fitolitos puede servir como mecanismo de defensa contra los herbívoros, donde la presencia de sílice en las hojas aumenta la dificultad en la digestión, dañando la aptitud de los herbívoros. Sin embargo, la evidencia sobre los efectos de la sílice en el bienestar de animales y plantas aún es insuficiente.
Además, las esponjas son otra fuente biogénica de sílice natural en los animales. Pertenecen al filo Porifera en el sistema de clasificación. Las esponjas siliciosas se encuentran comúnmente con capas sedimentarias silicificadas , por ejemplo, en la Formación Yanjiahe en el sur de China. Algunos de ellos se presentan como espículas de esponja y se asocian con cuarzo microcristalino u otros carbonatos después de la silicificación. También podría ser la principal fuente de lechos precipitantes, como lechos de sílex o sílex en maderas petrificadas.
Las diatomeas , un grupo importante de microalgas que viven en ambientes marinos, contribuyen significativamente a la fuente de sílice diagenética . Tienen paredes celulares hechas de sílice, también conocidas como frústulas de diatomeas . En algunas rocas sedimentarias silicificadas se desenterran fósiles de diatomeas. Esto sugiere que las frústulas de diatomeas eran fuentes de sílice para la silicificación. Algunos ejemplos son las calizas silicificadas de la Formación Astoria del Mioceno en Washington, la ignimbrita silicificada en El Tatio Geyser Field en Chile, y las rocas sedimentarias silíceas terciarias en las perforaciones de aguas profundas del Pacífico occidental. La presencia de sílice biogénica en varias especies crea un ciclo de sílice marina a gran escala que hace circular la sílice a través del océano. Por lo tanto, el contenido de sílice es alto en las áreas de afloramiento de sílice activa en los sedimentos marinos profundos. Además, las conchas de carbonato que se depositan en ambientes marinos poco profundos enriquecen el contenido de sílice en las áreas de la plataforma continental .
Geología
El componente principal del manto superior de la Tierra es la sílice (SiO2), que la convierte en la principal fuente de sílice en los fluidos hidrotermales. SiO2 es un componente estable. A menudo aparece como cuarzo en rocas volcánicas . Algunos cuarzos que se derivan de rocas preexistentes, aparecen en forma de arena y cuarzo detrítico que interactúan con el agua de mar para producir fluidos silíceos. En algunos casos, la sílice en rocas silíceas se somete a alteración hidrotermal y reacciona con el agua de mar a determinadas temperaturas, formando una solución ácida para la silicificación de materiales cercanos. En el ciclo de las rocas , la meteorización química de las rocas también libera sílice en forma de ácido silícico como subproductos . La sílice de las rocas erosionadas se lava en las aguas y se deposita en entornos marinos poco profundos.
Mecanismos de silicificación en rocas volcánicas
La presencia de fluidos hidrotermales es fundamental como medio para las reacciones geoquímicas durante la silicificación. En la silicificación de diferentes materiales intervienen diferentes mecanismos. En la silicificación de materiales rocosos como carbonatos, es común la sustitución de minerales mediante alteración hidrotermal; mientras que la silicificación de materiales orgánicos como las maderas es únicamente un proceso de permeación.
Reemplazo
La sustitución de la sílice implica dos procesos:
1) Disolución de minerales rocosos
2) Precipitación de sílice
Podría explicarse a través del reemplazo de carbonato-sílice. Los fluidos hidrotermales están insaturados con carbonatos y sobresaturados con sílice. Cuando las rocas carbonatadas entran en contacto con los fluidos hidrotermales, debido a la diferencia de gradiente, los carbonatos de la roca original se disuelven en el fluido mientras que la sílice precipita . Por lo tanto, el carbonato que se disolvió se extrae del sistema mientras que la sílice precipitada se recristaliza en varios minerales de silicato, dependiendo de la fase de sílice. La solubilidad de la sílice depende en gran medida de la temperatura y el valor de pH del entorno donde pH9 es el valor de control. En condiciones de pH inferior a 9, la sílice precipita del fluido; cuando el valor del pH es superior a 9, la sílice se vuelve muy soluble.
Penetración
En la silicificación de maderas, la sílice se disuelve en un fluido hidrotermal y se filtra en la lignina de las paredes celulares. La precipitación de sílice de los fluidos forma la deposición de sílice dentro de los huecos, especialmente en las paredes celulares. Los fluidos descomponen las estructuras celulares, pero la estructura permanece estable debido al desarrollo de minerales. Las estructuras celulares se reemplazan lentamente por sílice. La penetración continua de fluidos silíceos da como resultado diferentes etapas de silicificación, es decir. Primaria y secundaria. La pérdida de fluidos con el tiempo conduce a la cementación de maderas silicificadas a través de sílice.
La tasa de silicificación depende de algunos factores:
1) Tasa de rotura de las celdas originales
2) Disponibilidad de fuentes de sílice y contenido de sílice en el fluido.
3) Temperatura y pH del entorno de silicificación.
4) Interferencia de otros procesos diagenéticos
Estos factores afectan el proceso de silicificación de muchas formas. La tasa de rotura de las células originales controla el desarrollo de la estructura mineral, de ahí el reemplazo de la sílice. La disponibilidad de sílice determina directamente el contenido de sílice en los fluidos. Cuanto mayor sea el contenido de sílice, más rápido podría tener lugar la silicificación. El mismo concepto se aplica a la disponibilidad de fluidos hidrotermales. La temperatura y el pH del ambiente determinan las condiciones para que ocurra la silicificación. Esto está estrechamente relacionado con la profundidad del entierro o la asociación con eventos volcánicos. La interferencia de otros procesos diagenéticos a veces puede crear perturbaciones en la silicificación. El tiempo relativo de silicificación a otros procesos podría servir como referencia para futuras interpretaciones.
Ejemplos de silicificación
Rocas volcánicas silicificadas
En la bahía de Conception en Terranova, costa sureste de Canadá, se silicificaron una serie de rocas volcánicas vinculadas al Cámbrico al Cámbrico. Las rocas consisten principalmente en flujos riolíticos y basálticos, con tobas cristalinas y brechas intercaladas. La silicificación regional se llevó a cabo como un proceso de alteración preliminar antes de que ocurrieran otros procesos geoquímicos. La fuente de sílice cerca del área provino de fluidos silíceos calientes del flujo riolítico en condiciones estáticas. Una porción significativa de sílice apareció en forma de cuarzo calcedónico blanco, vetas de cuarzo y cristal de cuarzo granular. Debido a la diferencia en las estructuras de las rocas, la sílice reemplaza diferentes materiales en rocas de ubicaciones cercanas. La siguiente tabla muestra el reemplazo de sílice en diferentes localidades:
| Localización | Material reemplazado | Forma de sílice |
|---|---|---|
| Manuels | Esferulitas de riolitas | Cuarzo calcedonico |
| Clarenville | Masa de rocas | Cuarzo calcedónico con sericita a lo largo de grietas vidriosas |
Rocas metamórficas silicificadas
En Semail Nappe de Omán en los Emiratos Árabes Unidos, se encontró serpentinita silicificada . La ocurrencia de tales características geológicas es bastante inusual. Se trata de una alteración pseudomórfica donde el protolito de serpentinita ya estaba silicificado. Debido a eventos tectónicos, la serpentinita basal se fracturó y el agua subterránea se infiltró a lo largo de las fallas, formando una circulación a gran escala de agua subterránea dentro de los estratos. A través de la disolución hidrotermal, la sílice precipitó y cristalizó alrededor de los huecos de la serpentinita. Por lo tanto, la silicificación solo se puede ver a lo largo de las trayectorias de las aguas subterráneas. La silicificación de la serpentinita se formó en condiciones en las que el flujo de agua subterránea y la concentración de dióxido de carbono son bajos.
Carbonatos silicificados
La Cuenca del Paleógeno de Madrid en el centro de España es una cuenca del antepaís del levantamiento alpino . La litología consta de unidades de carbonato y detrito que se formaron en un ambiente lacustre. Las unidades de roca están silicificadas donde se encuentran sílex, cuarzo y minerales opalinos en las capas. Es compatible con los lechos evaporíticos subyacentes , también de edades similares. Se encuentra que hubo dos etapas de silicificación dentro de los estratos rocosos. La etapa anterior de silicificación proporcionó una mejor condición y lugar para la precipitación de la sílice. La fuente de sílice aún es incierta. No se detecta sílice biogénica en los carbonatos. Sin embargo, se encuentran películas microbianas en carbonatos, lo que podría sugerir la presencia de diatomeas.
Los karsts son cuevas de carbonato formadas a partir de la disolución de rocas carbonatadas como calizas y dolomitas . Suelen ser susceptibles a las aguas subterráneas y se disuelven en estos drenajes. Los cársticos silicificados y los depósitos de cuevas se forman cuando los fluidos silíceos ingresan a los cársticos a través de fallas y grietas. La piedra caliza mescal del Proterozoico Medio del Grupo Apache en el centro de Arizona es un ejemplo clásico de karsts silicificados. Una parte de los carbonatos se reemplaza por cherts en la diagénesis temprana y la parte restante se silicifica completamente en etapas posteriores. La fuente de sílice en los carbonatos generalmente se asocia con la presencia de sílice biogenética; sin embargo, la fuente de sílice en la piedra caliza mescal proviene de la meteorización de los basaltos suprayacentes , que son rocas ígneas extrusivas que tienen un alto contenido de sílice.
Maderas silicificadas
La silicificación de las maderas suele darse en condiciones terrestres, pero en ocasiones se puede realizar en ambientes acuáticos. La silicificación del agua superficial se puede realizar mediante la precipitación de sílice en fuentes termales enriquecidas con sílice. En la costa norte del centro de Japón, las aguas termales de Tateyama tienen un alto contenido de sílice que contribuye a la silicificación de los bosques caídos y los materiales orgánicos cercanos. La sílice precipita rápidamente de los fluidos y el ópalo es la forma principal de sílice. Con una temperatura de alrededor de 70 ° C y un valor de pH de alrededor de 3, el ópalo depositado está compuesto por esferas de sílice de diferentes tamaños dispuestas al azar.
Silicificación temprana
El magma máfico dominó el lecho marino alrededor de 3,9 Ga durante la transición Hadeano - Arcaica . Debido a la rápida silicificación, comenzó a formarse la corteza continental félsica . En el Arcaico, la corteza continental estaba compuesta por suites de tonalita-trondjemita-granodiorita (TTG) y granito- monzonita - sienita .
Evidencia de Mount Goldsworthy
La sucesión de rocas meta-sedimentarias clásticas arcaicas en el monte Goldsworthy en Pilbara Craton , Australia Occidental, reveló el entorno de la superficie de la Tierra en los primeros tiempos con evidencia de silicificación y alteración hidrotermal. Las rocas desenterradas son dominantes en SiO2 en términos de composición mineral. La sucesión fue sometida a un alto grado de silicificación debido a la interacción hidrotermal con el agua de mar a bajas temperaturas. Los fragmentos líticos fueron reemplazados por cuarzo microcristalino y los protolitos fueron alterados durante la silicificación. La condición de la silicificación y los elementos que estaban presentes sugirieron que la temperatura de la superficie y el contenido de dióxido de carbono eran altos durante la deposición sintética o posterior a la deposición.
Evidencia de Barberton Greenstone Belt
El cinturón de piedra verde de Barberton en Sudáfrica, específicamente el supergrupo de Swazilandia de alrededor de 3.5-3.2 Ga, es un conjunto de rocas sedimentarias volcánicas silicificadas bien conservadas. Con una composición que varía de ultramáfica a félsica, las rocas volcánicas silicificadas están directamente debajo de la capa de sílex. Las rocas están más silicificadas cerca del contacto de pedernal con lecho, lo que sugiere una relación entre la deposición de pedernal y la silicificación. Las zonas alteradas con sílice revelan que las actividades hidrotermales, como en la circulación del agua de mar, hacen circular activamente las capas de roca a través de fracturas y fallas durante la deposición del pedernal estratificado. El agua de mar se calentó y, por lo tanto, recogió materiales silíceos de debajo del origen volcánico. Los fluidos enriquecidos con sílice provocan la silicificación de las rocas al filtrarse en materiales porosos en la etapa de sin-deposición en condiciones de baja temperatura.