Esquisto

_La lutita es una roca sedimentaria clástica de grano fino formada a partir de lodo que es una mezcla de escamas de minerales arcillosos ( filosilicatos de aluminio hidratados , por ejemplo, caolín , Al₂Si₂O₅ ( OH ) _₄ ) y pequeños fragmentos ( partículas del tamaño de limo ) de otros minerales, especialmente cuarzo y calcita . ^{[ 1 ]} La lutita se caracteriza por su _{tendencia a dividirse en capas delgadas} ( láminas ) de menos de un centímetro de espesor. Esta propiedad se llama fisibilidad . ^{[ 1 ]} La lutita es la roca sedimentaria más común. ^{[ 2 ]}

El término esquisto se aplica a veces de forma más amplia, como sinónimo de roca arcillosa , en lugar de en el sentido más restringido de roca arcillosa fisionable rica en arcilla. ^{[ 3 ]}

La lutita suele presentar distintos grados de fisibilidad . Debido a la orientación paralela de las láminas de minerales arcillosos en la lutita, esta se rompe en capas delgadas, a menudo astilladas y generalmente paralelas a los planos de estratificación, que de otro modo serían indistinguibles . ^{[ 4 ]} Las rocas no fisibles de composición y tamaño de partícula similares (menos de 0,0625  mm) se describen como lutitas (1/3 a 2/3 de partículas de limo) o arcillitas (menos de 1/3 de limo). Las rocas con tamaños de partícula similares pero con menos arcilla (más de 2/3 de limo) y, por lo tanto, más arenosas, son limolitas . ^{[ 4 ] [ 5 ]}

Las lutitas suelen ser de color gris y están compuestas de minerales arcillosos y granos de cuarzo. La adición de cantidades variables de constituyentes menores altera el color de la roca. Los colores rojo, marrón y verde son indicativos de óxido férrico ( hematita – rojos), hidróxido de hierro ( goetita – marrones y limonita – amarillo) o minerales micáceos ( clorita , biotita e illita – verdes). ^{[ 4 ]} El color cambia de rojizo a verdoso a medida que el hierro en estado oxidado ( férrico ) se convierte en hierro en estado reducido ( ferroso ). ^{[ 6 ]} La lutita negra resulta de la presencia de más del uno por ciento de material carbonáceo e indica un ambiente reductor. ^{[ 4 ]} Las lutitas de color azul pálido a azul verdoso suelen ser ricas en minerales carbonatados . ^{[ 7 ]}

Las arcillas son el principal componente de las lutitas y otras rocas arcillosas. Los minerales arcillosos representados son principalmente caolinita , montmorillonita e illita. Los minerales arcillosos de las lutitas del Terciario Tardío son esmectitas expandibles, mientras que en rocas más antiguas (especialmente en lutitas del Paleozoico medio a temprano ) predominan las illitas. La transformación de esmectita a illita produce sílice , sodio , calcio , magnesio , hierro y agua. Estos elementos liberados forman cuarzo autigénico , sílex , calcita , dolomita , ankerita , hematita y albita , todos minerales traza a minoritarios (excepto el cuarzo) que se encuentran en lutitas y otras rocas arcillosas. ^{[ 4 ]} Una lutita típica está compuesta por aproximadamente 58% de minerales arcillosos, 28% de cuarzo, 6% de feldespato , 5% de minerales carbonatados y 2% de óxidos de hierro . ^{[ 8 ]} La mayor parte del cuarzo es detrítico (parte de los sedimentos originales que formaron la lutita) en lugar de autigénico (cristalizado dentro de la lutita después de la deposición). ^{[ 9 ]}

Las lutitas y otras rocas arcillosas contienen aproximadamente el 95 por ciento de la materia orgánica de todas las rocas sedimentarias. Sin embargo, esto representa menos del uno por ciento en masa en una lutita promedio. Las lutitas negras, que se forman en condiciones anóxicas , contienen carbono libre reducido junto con hierro ferroso (Fe²⁺ ⁾ y azufre (S²⁻ ⁾ . El sulfuro de hierro amorfo , junto con el carbono, produce la coloración negra. ^{[ 4 ]} Debido a que el sulfuro de hierro amorfo se convierte gradualmente en pirita , que no es un pigmento importante, las lutitas jóvenes pueden ser bastante oscuras debido a su contenido de sulfuro de hierro, a pesar de un contenido de carbono modesto (menos del 1%), mientras que un color negro en una lutita antigua indica un alto contenido de carbono. ^{[ 7 ]}

La mayoría de las lutitas son de origen marino, ^{[ 10 ]} y el agua subterránea en las formaciones de lutitas suele ser altamente salina . Hay evidencia de que la lutita actúa como un medio semipermeable, permitiendo el paso del agua a la vez que retiene las sales disueltas. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

Las partículas finas que componen la lutita pueden permanecer suspendidas en el agua mucho después de que se hayan depositado las partículas más grandes de arena. Como resultado, las lutitas se depositan típicamente en aguas de movimiento muy lento y se encuentran a menudo en lagos y depósitos lagunares , en deltas de ríos , en llanuras aluviales y en alta mar por debajo de la base de las olas . ^{[ 13 ]} Se encuentran depósitos gruesos de lutita cerca de antiguos márgenes continentales ^{[ 13 ]} y cuencas de antepaís . ^{[ 14 ]} Algunas de las formaciones de lutita más extendidas fueron depositadas por mares epicontinentales . Las lutitas negras ^{[ 8 ]} son ​​comunes en los estratos del Cretácico en los márgenes del Océano Atlántico , donde se depositaron en cuencas con umbral delimitadas por fallas asociadas con la apertura del Atlántico durante la ruptura de Pangea . Estas cuencas eran anóxicas, en parte debido a la circulación restringida en el estrecho Atlántico, y en parte porque los mares muy cálidos del Cretácico carecían de la circulación de agua fría de fondo que oxigena los océanos profundos en la actualidad. ^{[ 15 ]}

La mayor parte de la arcilla debe depositarse como agregados y flóculos, ya que la tasa de sedimentación de las partículas individuales de arcilla es extremadamente lenta. ^{[ 16 ]} La floculación es muy rápida una vez que la arcilla entra en contacto con agua de mar altamente salina. ^{[ 17 ]} Mientras que las partículas individuales de arcilla tienen un tamaño inferior a 4 micras, los cúmulos de partículas de arcilla producidos por la floculación varían en tamaño desde unas pocas decenas de micras hasta más de 700 micras de diámetro. Los flóculos comienzan siendo ricos en agua, pero gran parte del agua se expulsa de los flóculos a medida que los minerales de arcilla se unen más firmemente con el tiempo (un proceso llamado sinéresis ). ^{[ 18 ]} La peletización de la arcilla por organismos que se alimentan por filtración es importante donde la floculación está inhibida. Los organismos filtradores producen aproximadamente 12 toneladas métricas de gránulos de arcilla por kilómetro cuadrado por año a lo largo de la costa del Golfo de los Estados Unidos . ^{[ 19 ]}

A medida que los sedimentos continúan acumulándose, los sedimentos más antiguos y enterrados a mayor profundidad comienzan a sufrir diagénesis . Esto consiste principalmente en la compactación y litificación de las partículas de arcilla y limo. ^{[ 20 ] [ 21 ]} Las primeras etapas de la diagénesis, descritas como eogénesis , tienen lugar a poca profundidad (unas pocas decenas de metros) y se caracterizan por la bioturbación y cambios mineralógicos en los sedimentos, con solo una ligera compactación. ^{[ 22 ]} La pirita puede formarse en lodo anóxico en esta etapa de la diagénesis. ^{[ 8 ] [ 23 ]}

El enterramiento más profundo se acompaña de mesogénesis , durante la cual tiene lugar la mayor parte de la compactación y litificación. A medida que los sedimentos se ven sometidos a una presión creciente por parte de los sedimentos suprayacentes, los granos de sedimento se mueven hacia disposiciones más compactas, los granos dúctiles (como los granos de minerales arcillosos ) se deforman y el espacio poroso se reduce. ^{[ 24 ]} Además de esta compactación física, puede producirse una compactación química mediante disolución por presión . Los puntos de contacto entre los granos están sometidos a la mayor tensión, y el mineral sometido a tensión es más soluble que el resto del grano. Como resultado, los puntos de contacto se disuelven, permitiendo que los granos entren en contacto más cercano. ^{[ 21 ]}

Es durante la compactación que la lutita desarrolla su fisibilidad, probablemente a través de la compactación mecánica de la estructura abierta original de partículas de arcilla. Las partículas se orientan fuertemente en capas paralelas que le dan a la lutita su textura distintiva. ^{[ 25 ]} Es probable que la fisibilidad se desarrolle al principio del proceso de compactación, a una profundidad relativamente baja, ya que no parece variar con la profundidad en formaciones gruesas. ^{[ 26 ]} Las escamas de caolinita tienen menos tendencia a alinearse en capas paralelas que otras arcillas, por lo que la arcilla rica en caolinita tiene más probabilidades de formar lutita no fisible que lutita. Por otro lado, las lutitas negras a menudo tienen una fisibilidad muy pronunciada ( lutitas de papel ) debido a la unión de moléculas de hidrocarburos a las caras de las partículas de arcilla, lo que debilita la unión entre partículas. ^{[ 27 ]}

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 disolución por presión contribuye a la cementación, ya que el mineral disuelto de los puntos de contacto sometidos a tensión se redeposita en los espacios porosos no sometidos a tensión. Los minerales arcillosos también pueden alterarse. Por ejemplo, la esmectita se altera a ilita a temperaturas de entre 55 y 200 °C (130 y 390 °F) , liberando agua en el proceso. ^{[ 8 ]} Otras reacciones de alteración incluyen la alteración de la esmectita a clorita y de la caolinita a ilita a temperaturas entre 120 y 150 °C (250 y 300 °F) . ^{[ 8 ]} Debido a estas reacciones, la ilita compone el 80 % de las lutitas precámbricas , frente a aproximadamente el 25 % de las lutitas jóvenes. ^{[ 28 ]}    

La exposición de la lutita enterrada se acompaña de telogénesis , la tercera y última etapa de la diagénesis. ^{[ 22 ]} A medida que la erosión reduce la profundidad de enterramiento, la exposición renovada al agua meteórica produce cambios adicionales en la lutita, como la disolución de parte del cemento para producir porosidad secundaria . La pirita puede oxidarse para producir yeso . ^{[ 21 ]}

Las lutitas negras son oscuras debido a su especial riqueza en carbono no oxidado . Comunes en algunos estratos paleozoicos y mesozoicos , las lutitas negras se depositaron en ambientes anóxicos y reductores, como en columnas de agua estancada. ^{[ 8 ]} Algunas lutitas negras contienen abundantes metales pesados ​​como molibdeno , uranio , vanadio y zinc . ^{[ 8 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]} El origen de estos valores enriquecidos es controvertido, ya que se han atribuido alternativamente al aporte de fluidos hidrotermales durante o después de la sedimentación o a la acumulación lenta de agua de mar durante largos períodos de sedimentación. ^{[ 30 ] [ 32 ] [ 33 ]}

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  Esquisto en Potokgraben, Karawanks , Austria
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  Partir la pizarra ( pizarra bituminosa de Messel ) con un cuchillo grande para revelar fósiles.
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  Desgaste de la pizarra en un corte de carretera en el sureste de Kentucky.

En las superficies de los estratos de esquisto a veces se conservan fósiles , huellas de animales , madrigueras e incluso impresiones de gotas de lluvia . Los esquistos también pueden contener concreciones compuestas de pirita, apatita o diversos minerales carbonatados. ^{[ 34 ]}

Las lutitas sometidas al calor y la presión del metamorfismo se transforman en una roca metamórfica dura y fisible conocida como pizarra . Con el aumento continuo del grado metamórfico, la secuencia es filita , luego esquisto y finalmente gneis . ^{[ 35 ]}

La lutita es la roca madre más común para los hidrocarburos ( gas natural y petróleo ). ^{[ 8 ]} La falta de sedimentos gruesos en la mayoría de los estratos de lutita refleja la ausencia de corrientes fuertes en las aguas de la cuenca de sedimentación. Estas podrían haber oxigenado las aguas y destruido la materia orgánica antes de que pudiera acumularse. La ausencia de roca carbonatada en los estratos de lutita refleja la ausencia de organismos que podrían haber secretado esqueletos de carbonato, probablemente también debido a un ambiente anóxico. Como resultado, alrededor del 95% de la materia orgánica en las rocas sedimentarias se encuentra en lutitas y otras rocas arcillosas. Los estratos de lutita individuales suelen tener un contenido de materia orgánica de alrededor del 1%, pero las rocas madre más ricas pueden contener hasta un 40% de materia orgánica. ^{[ 36 ]}

La materia orgánica en la lutita se transforma con el tiempo a partir de las proteínas, polisacáridos , lípidos y otras moléculas orgánicas originales en querógeno , que a las temperaturas más elevadas que se encuentran a mayores profundidades de enterramiento se transforma aún más en grafito y petróleo. ^{[ 37 ]}

Antes de mediados del siglo XIX, los términos pizarra , esquisto y lutita no se distinguían claramente. ^{[ 38 ]} En el contexto de la minería subterránea de carbón , la lutita se denominaba frecuentemente pizarra hasta bien entrado el siglo XX. ^{[ 39 ]} La lutita negra asociada a las vetas de carbón se denomina metal negro. ^{[ 40 ]}

• Formación Bakken – Formación geológica en Norteamérica Páginas que muestran breves descripciones de destinos de redireccionamiento 
• Barnett Shale – Formación geológica en Texas, Estados Unidos 
• Formación Bearpaw – Formación geológica en América del Norte 
• Esquisto de Burgess : formación rocosa con fósiles en las Montañas Rocosas canadienses. 
• Esquisto de Emu Bay : formación geológica en Australia Meridional. 
• Formación Marcellus : unidad de roca sedimentaria del Devónico Medio. 
• Yacimientos fósiles de Mazon Creek : sitio de conservación en Illinois incluido en el Registro Nacional de Lugares Históricos. 
• Esquisto bituminoso : roca sedimentaria de grano fino rica en materia orgánica que contiene querógeno. 
• Gas de esquisto : gas natural atrapado en formaciones de esquisto. 
• Wheeler Shale : formación geológica en Utah conocida por sus fósiles de trilobites. 
• Esquisto de Bringelly : unidad de roca sedimentaria del período Triásico en Australia. 
• Esquisto de Ashfield : formación geológica en Australia. 

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