Roca metamórfica

Roca metamórfica, cualquiera de una clase de rocas que resultan de la alteración de rocas preexistentes en respuesta a condiciones ambientales cambiantes, como variaciones de temperatura, presión y estrés mecánico, y la adición o sustracción de componentes químicos. Las rocas preexistentes pueden ser ígneas, sedimentarias u otras rocas metamórficas.

La palabra metamorfismo es tomado de la palabra griega para «cambiar de forma»; las rocas metamórficas se derivan de rocas ígneas o sedimentarias que han alterado su forma (recristalizadas) como resultado de cambios en su entorno físico. El metamorfismo comprende cambios tanto en la mineralogía como en el tejido de la roca original. En general, estas alteraciones son provocadas por la intrusión de magma caliente en rocas circundantes más frías (metamorfismo de contacto) o por movimientos tectónicos a gran escala de las placas litosféricas de la Tierra que alteran las condiciones de presión y temperatura de las rocas (metamorfismo regional; véase también tectónica de placas). Los minerales dentro de la roca original, o protolito, responden a las condiciones cambiantes reaccionando entre sí para producir un nuevo conjunto de minerales que es termodinámicamente estable bajo las nuevas condiciones de presión y temperatura. Estas reacciones ocurren en estado sólido, pero pueden verse facilitadas por la presencia de una fase fluida que recubre los límites de grano de los minerales. En contraste con la formación de rocas ígneas, las rocas metamórficas no cristalizan a partir de un derretimiento de silicato, aunque el metamorfismo a alta temperatura puede llevar a la fusión parcial de la roca huésped.

Debido a que el metamorfismo representa una respuesta a condiciones físicas cambiantes, aquellas regiones de la superficie de la Tierra donde los procesos dinámicos son más activos también serán regiones donde los procesos metamórficos son más intensos y fáciles de observar. La vasta región de la margen del Pacífico, por ejemplo, con su actividad sísmica y volcánica, es también un área en la que los materiales están siendo enterrados y metamorfoseados intensamente. En general, los márgenes de los continentes y las regiones de construcción de montañas son las regiones donde los procesos metamórficos avanzan con intensidad. Pero en lugares relativamente tranquilos, donde los sedimentos se acumulan a velocidades lentas, también se producen cambios menos espectaculares en respuesta a cambios en las condiciones de presión y temperatura. Por lo tanto, las rocas metamórficas se distribuyen a lo largo de la columna geológica.

Debido a que la mayor parte del manto de la Tierra es sólido, los procesos metamórficos también pueden ocurrir allí. Las rocas del manto rara vez se observan en la superficie porque son demasiado densas para elevarse, pero ocasionalmente se presenta un atisbo por su inclusión en materiales volcánicos. Tales rocas pueden representar muestras a una profundidad de unos pocos cientos de kilómetros, donde presiones de aproximadamente 100 kilobares (3 millones de pulgadas de mercurio) pueden estar operativas. Los experimentos a alta presión han demostrado que pocos de los minerales comunes que se encuentran en la superficie sobrevivirán en profundidad dentro del manto sin cambiar a nuevas fases de alta densidad, en las que los átomos están más juntos. Por lo tanto, la forma común de SiO2, cuarzo, con una densidad de 2,65 gramos por cm cúbico (1,53 onzas por pulgada cúbica), se transforma en una nueva fase, stishovita, con una densidad de 4,29 gramos por centímetro cúbico (2,48 onzas por pulgada cúbica). Tales cambios son de importancia crítica en la interpretación geofísica del interior de la Tierra.

En general, las temperaturas aumentan con la profundidad dentro de la Tierra a lo largo de las curvas denominadas geotérmicas. La forma específica de la geotérmica debajo de cualquier lugar de la Tierra es una función de su régimen tectónico local correspondiente. El metamorfismo puede ocurrir cuando una roca se mueve de una posición a otra a lo largo de una sola geotérmica o cuando la propia geotérmica cambia de forma. Lo primero puede ocurrir cuando una roca se entierra o se eleva a una velocidad que le permite mantener el equilibrio térmico con su entorno. Este tipo de metamorfismo ocurre debajo de cuencas sedimentarias que descienden lentamente y también en la placa oceánica descendente en algunas zonas de subducción. Este último proceso ocurre cuando el magma caliente invade y altera el estado térmico de una roca estacionaria o cuando la roca es transportada rápidamente por procesos tectónicos (por ejemplo, falla de empuje o plegado a gran escala) a un nuevo régimen de profundidad-temperatura, por ejemplo, en áreas de colisión entre dos continentes (véase también falla y plegado). Independientemente del proceso que se produzca, el resultado es que una colección de minerales que son termodinámicamente estables en las condiciones iniciales se colocan bajo un nuevo conjunto de condiciones en las que pueden o no ser estables. Si ya no están en equilibrio entre sí bajo las nuevas condiciones, los minerales reaccionarán de tal manera que se acerquen a un nuevo estado de equilibrio. Esto puede implicar un cambio completo en el ensamblaje de minerales o simplemente un cambio en la composición de las fases minerales preexistentes. El conjunto mineral resultante reflejará la composición química de la roca original y las nuevas condiciones de presión y temperatura a las que se sometió la roca.

Debido a que las composiciones de protolitos y las condiciones de presión y temperatura en las que se pueden colocar varían ampliamente, la diversidad de tipos de rocas metamórficas es grande. Sin embargo, muchas de estas variedades se asocian repetidamente entre sí en el espacio y el tiempo, lo que refleja una uniformidad de procesos geológicos a lo largo de cientos de millones de años. Por ejemplo, las asociaciones de rocas metamórficas que se desarrollaron en los Montes Apalaches del este de América del Norte en respuesta a la colisión entre las placas litosféricas de América del Norte y África durante la Era Paleozoica (hace 541 a 252 millones de años) son muy similares a las que se desarrollaron en los Alpes del centro-sur de Europa durante la colisión entre las placas europea y africana que ocurrió durante las eras Mesozoica y Cenozoica (hace 252 millones de años hasta el presente). Del mismo modo, las rocas metamórficas expuestas en los Alpes son muy similares a las rocas metamórficas de la misma edad en los Himalayas de Asia, que se formaron durante la colisión continental entre las placas india y euroasiática. Las rocas metamórficas producidas durante las colisiones entre placas oceánicas y continentales de diferentes localidades de todo el mundo también muestran sorprendentes similitudes entre sí (ver más abajo el metamorfismo regional), pero son marcadamente diferentes de las rocas metamórficas producidas durante las colisiones continente-continente. Por lo tanto, a menudo es posible reconstruir eventos tectónicos del pasado sobre la base de asociaciones de rocas metamórficas expuestas actualmente en la superficie de la Tierra.