metasomatismo

El metasomatismo (del griego μετά metá «cambio» y σῶμα sôma «cuerpo») es la alteración química de una roca por fluidos hidrotermales y otros fluidos. ^{[ 1 ]} Tradicionalmente se define como metamorfismo que implica un cambio en la composición química, excluyendo los componentes volátiles. ^{[ 2 ]} Es la sustitución de una roca por otra de diferente composición mineralógica y química. Los minerales que componen las rocas se disuelven y se depositan nuevas formaciones minerales en su lugar. La disolución y la deposición ocurren simultáneamente y la roca permanece sólida.

Sinónimos de la palabra metasomatismo son metasomatosis ^{[ 3 ]} y proceso metasomático . La palabra metasomatosa puede usarse como nombre para variedades específicas de metasomatismo (por ejemplo, Mg -metasomatosa y Na -metasomatosa ). ^{[ 4 ]}

La metasomatosis puede producirse por la acción de fluidos hidrotermales procedentes de una fuente ígnea o metamórfica .

En el ambiente ígneo , el metasomatismo produce skarns y greisen , y puede afectar a las hornfels en la aureola metamórfica de contacto adyacente a una masa rocosa intrusiva . En el ambiente metamórfico, el metasomatismo se produce por la transferencia de masa desde un volumen de roca metamórfica con mayor tensión y temperatura hacia una zona con menor tensión y temperatura, donde las soluciones hidrotermales metamórficas actúan como disolvente . Esto puede imaginarse como la pérdida de fluidos y componentes minerales disueltos en las rocas metamórficas de la corteza profunda a medida que los minerales hidratados se descomponen, y este fluido se filtra hacia los niveles superficiales de la corteza para modificar químicamente estas rocas.

Este mecanismo implica que el metasomatismo es un comportamiento de sistema abierto, a diferencia del metamorfismo clásico , que consiste en el cambio mineralógico in situ de una roca sin una modificación apreciable de su composición química. Dado que el metamorfismo generalmente requiere agua para facilitar las reacciones metamórficas, casi siempre se produce junto con el metasomatismo.

Además, dado que el metasomatismo es un proceso de transferencia de masa, no se limita a las rocas que se modifican por la adición de elementos químicos , minerales o compuestos hidratados . En todos los casos, para producir una roca metasomática, otra roca también se metasomatiza, aunque solo sea por reacciones de deshidratación con cambios químicos mínimos. Esto se ilustra mejor con los depósitos de mineral de oro , que son el producto de la concentración focalizada de fluidos provenientes de muchos kilómetros cúbicos de corteza deshidratada en zonas de cizalla y filones delgados, a menudo altamente metasomatizados y alterados . La región fuente suele estar en gran medida inalterada químicamente en comparación con las zonas de cizalla alteradas y altamente hidratadas, pero ambas deben haber experimentado un metasomatismo complementario.

El metasomatismo es más complicado en el manto terrestre , porque la composición de la peridotita a altas temperaturas puede cambiar por la infiltración de fundidos de carbonato y silicato y por fluidos ricos en dióxido de carbono y ricos en agua, como lo discute Luth (2003). ^{[ 5 ]} Se cree que el metasomatismo es particularmente importante en el cambio de la composición de la peridotita del manto debajo de los arcos de islas a medida que el agua es expulsada de la litosfera oceánica durante la subducción . El metasomatismo también se ha considerado crítico para el enriquecimiento de las regiones fuente de algunos magmas subsaturados en sílice . A menudo se considera que los fundidos de carbonatita han sido responsables del enriquecimiento de la peridotita del manto en elementos incompatibles .

El metasomatismo puede ser similar a otros procesos endógenos y se distingue por cuatro características principales. ^{[ 6 ]} La primera es la sustitución ión por ión en los minerales , que puede ocurrir por la precipitación de nuevos minerales al mismo tiempo que la disolución de los existentes. ^{[ 6 ]} La segunda característica que se utiliza para identificar el metasomatismo es la preservación de las rocas en estado sólido durante la sustitución. ^{[ 6 ]} La tercera característica distintiva es el metamorfismo isoquímico, o la adición o sustracción de elementos principales distintos del agua (H ₂ O) y el dióxido de carbono (CO ₂ ). ^{[ 6 ]} La última característica son las zonas distintivas de metasomatismo. Estas se forman a partir del magmatismo y el metamorfismo y forman un patrón característico de una columna metasomática. ^{[ 6 ]}

Las rocas metasomáticas pueden ser extremadamente variadas. A menudo, las rocas metasomatizadas presentan alteraciones generalizadas pero leves , de modo que la única evidencia de alteración es el blanqueamiento, el cambio de color o la alteración de la cristalinidad de los minerales micáceos.

En estos casos, la caracterización de la alteración a menudo requiere un estudio microscópico del conjunto mineral de las rocas para caracterizar los minerales, cualquier crecimiento mineral adicional, cambios en los minerales del protolito, etc.

En algunos casos, se pueden encontrar evidencias geoquímicas de procesos de alteración metasomática. Estas se manifiestan generalmente en forma de elementos móviles y solubles como bario , estroncio , rubidio , calcio y algunos elementos de tierras raras . Sin embargo, para caracterizar adecuadamente la alteración, es necesario comparar muestras alteradas con muestras no alteradas.

Cuando el proceso se vuelve extremadamente avanzado, las metasomatitas típicas pueden incluir:

• Sustitución de roca entera por clorita o mica en zonas de cizallamiento, lo que da como resultado rocas en las que la mineralogía existente ha sido completamente recristalizada y reemplazada por minerales hidratados como clorita, moscovita y serpentina .
• Tipos de roca skarn y skarnoides, típicamente adyacentes a intrusiones graníticas y a litologías reactivas como la caliza , la marga y las formaciones de hierro bandeado .
• Depósitos de greisen dentro de los márgenes y cúpulas de granito .
• La rodingita es típica de las ofiolitas , en particular de sus diques máficos serpentinizados , y contiene granate grosularia-andradita, piroxeno cálcico, vesuvianita, epidota y escapolita.
• La fenita , como variante del metasomatismo asociado con magmatismo fuertemente alcalino o carbonatítico que introduce una variedad de feldespatos , piroxenos sódicos o anfíboles y a menudo minerales inusuales (como chevkinita o columbita) que comprenden elementos normalmente incompatibles que no se incorporan fácilmente a una red cristalina, es decir, niobio , zirconio
• Albitita, por sustitución de plagioclasa por albita ( albitización ) ^{[ 7 ] [ 8 ]}

Los efectos del metasomatismo en la peridotita del manto pueden ser modales o crípticos. En el metasomatismo críptico, la composición mineral se modifica o los elementos introducidos se concentran en los límites de grano, y la mineralogía de la peridotita permanece inalterada. En el metasomatismo modal, se forman nuevos minerales.

El metasomatismo críptico puede producirse cuando los fundidos ascendentes o percolantes interactúan con la peridotita circundante, alterándose la composición tanto de los fundidos como de la peridotita. A altas temperaturas del manto, la difusión en estado sólido también puede modificar la composición de las rocas en decenas de centímetros adyacentes a los conductos de fusión: los gradientes en la composición mineral adyacentes a los diques de piroxenita pueden conservar evidencias de este proceso.

El metasomatismo modal puede dar lugar a la formación de anfíbol y flogopita , y la presencia de estos minerales en los xenolitos de peridotita se ha considerado una fuerte evidencia de procesos metasomáticos en el manto. La formación de minerales menos comunes en la peridotita, como la dolomita , la calcita , la ilmenita , el rutilo y la armalcolita , también se atribuye al metasomatismo por fusión o fluidos.

Existen dos esquemas principales que se discuten para la manifestación del metasomatismo en la naturaleza en sistemas graníticos. ^{[ 9 ]} El metasomatismo por difusión, que se mencionó en la sección de tipos de metasomatitas, y el metasomatismo por infiltración. La infiltración tiene lugar en grietas o fracturas que promueven el flujo de fluidos en áreas de alta permeabilidad. ^{[ 9 ]} La difusión tiene lugar cuando el fluido se incorpora a los poros de la roca, lo cual está determinado por la porosidad . Las rocas alteradas por metasomatismo por infiltración estarán menos alteradas que las rocas alteradas por difusión debido a los efectos de dispersión durante la advección de fluidos. ^{[ 10 ]}

Estos dos métodos se utilizan comúnmente para el transporte de una región a otra. Estas regiones afectadas pueden estar enriquecidas o empobrecidas en los componentes transportados en relación con el estado premetasomático. ^{[ 11 ]} La meteorización química afecta fuertemente los niveles y contenidos del líquido metasomático y la geoquímica y mineralogía de los elementos principales de los sedimentos siliciclásticos. ^{[ 12 ]}

La investigación de rocas alteradas en depósitos minerales hidrotermales ha puesto de manifiesto varios tipos omnipresentes de asociaciones de alteración que forman grupos distintos de efectos de alteración metasomática, texturas y asociaciones minerales.

• La alteración propilítica es causada por fluidos hidrotermales que contienen hierro y azufre , y generalmente da como resultado una alteración de epidota , clorita y pirita , a menudo con facies de hematita y magnetita .
• La alteración de albita-epidota es causada por fluidos ricos en sílice , sodio y calcio , y generalmente da como resultado una albita -sílice-epidota débil.
• La alteración potásica , típica de los depósitos de pórfido de cobre y de oro filoniano, da como resultado la producción de minerales micáceos y potásicos como la biotita en rocas ricas en hierro, la mica moscovita o la sericita en rocas félsicas, y la alteración de ortoclasa (adularia), a menudo bastante generalizada y que produce bordes de vetas de alteración de color rosa salmón distintivos.
• Alteración de cuarzo-sericita-pirita , en la que estos minerales pueden depositarse tanto en vetas como de forma diseminada; la sericita, en particular, sustituye a la plagioclasa y la biotita. Este fenómeno es común en los depósitos de pórfido de cobre y de pórfido de molibdeno.
• La alteración argílica , comúnmente presente en las zonas distales de los depósitos de pórfido, es una asociación de baja temperatura que convierte feldespatos y otros minerales en minerales arcillosos como caolinita e illita. Puede superponerse a asociaciones de alteración más antiguas y de mayor temperatura. ^{[ 13 ]}

Entre los tipos menos frecuentes de fluidos hidrotermales se incluyen fluidos altamente carbónicos, que dan lugar a reacciones de carbonatación avanzadas de la roca huésped típicas de los silicatos calcolíticos , y fluidos de sílice-hematita que producen jasperoides , depósitos de mena manto y zonas generalizadas de silicificación , típicamente en estratos de dolomita . Los minerales sometidos a estrés y las rocas encajantes de los plutones graníticos son reemplazados por porfiroblastos de ortoclasa y cuarzo en las monzonitas de cuarzo de Papoose Flat. ^{[ 14 ]}

• Greisen – Roca granítica altamente alterada o pegmatita 
• Hornfels – Grupo de rocas metamórficas 
• Circulación hidrotermal : circulación de agua impulsada por intercambio de calor. 
• Génesis de los yacimientos minerales : cómo se forman los distintos tipos de depósitos minerales en la corteza terrestre. 
• Neumatolisis : término geológico obsoleto para la emisión de gases por el magma. 
• Skarn – Rocas metamórficas duras, de grano grueso y alteradas hidrotermalmente.