Rocas sedimentarias - Universidad de los Andes

Rocas sedimentarias - Universidad de los Andes

Fuente: autores
Rocas sedimentarias:
¿cómo se forman y qué nos
cuentan sobre el pasado?
Nicolás Pérez Consuegra, Andrés Felipe Cala Pérez
Rocas sedimentarias:
¿cómo se forman y qué nos cuentan sobre el pasado?
Nicolás
Pérez Consuegra
Estudiante de pregrado
en Geociencias en la
Universidad de los Andes
[email protected]
Andrés Felipe
Cala Pérez
Estudiante de pregrado
en Geociencias
e Ingeniería Civil en la
Universidad de los Andes
[email protected]
Una de las tareas principales de un geólogo es reconstruir el pasado a partir de evidencias que han quedado en las rocas y el
registro fósil. Esta tarea es complicada, ya que implica entender
procesos que sucedieron hace decenas, cientos y hasta miles
de millones de años a partir de evidencia registrada en algunos
estratos de rocas sedimentarias. Además, el registro rocoso es incompleto, es decir, no todo el tiempo geológico queda registrado
en las rocas, ni todas las rocas representan la misma escala de
tiempo geológico.
Las rocas sedimentarias (figura 1) son importantes para reconstruir la historia geológica, ya que son las
que preservan la evidencia de vida en el pasado (fósiles) y de los ambientes en los que esos organismos
vivían. Estas rocas están constituidas por granos minerales o fragmentos de otras rocas, que fueron erosionados de alguna montaña por la acción de agentes como el agua o viento. ¿Cómo era el clima en la
época en la que vivieron los dinosaurios? ¿En el pasado habían ríos u otros cuerpos de agua en regiones
que hoy en día son desérticas, como la Guajira? ¿Qué procesos controlaban los ecosistemas del pasado?
¿Qué tipo de organismos vivían en cierta zona en el pasado? ¿Qué cadenas montañosas existían en el
pasado? Este tipo de preguntas pueden ser resueltas solo mediante el estudio de rocas sedimentarias,
que incluye análisis de campo y de laboratorio, como la petrografía, análisis químicos y el estudio de la
fauna y flora fósil preservada en las rocas.
Figura 1. Diferentes tipos de rocas sedimentarias. De izquierda a derecha y de arriba abajo: lodolita negra con venas calcáreas, cuarzoarenita de grano
medio, concreción fosilífera calcárea, lodolita oscura con presencia de fósiles de amonitas, caliza negra, arena lítica poco consolidada.
Fuente: autoría propia
80 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, núm. 20, 2016
Cada vez que el geólogo va al campo y ve una roca sedimentaria, sabe que se encuentra frente a una historia de muchos procesos geológicos, como la erosión, el transporte, la deposición,
la litificación de los sedimentos y el posterior levantamiento de
la roca sedimentaria, que hoy en día permite encontrarla sobre
la superficie.
El ciclo de una roca sedimentaria comienza, entonces, cuando el
sedimento es generado: un fragmento o grano mineral se desprende de su roca madre y comienza a ser transportado hacia
zonas más bajas por la acción de un agente como el agua de
un río, acompañado de la gravedad. Durante el transporte, los
sedimentos sufren abrasión física, al chocar contra otros granos
en su medio de transporte, que pueden variar desde fondos de
canales hasta dunas. Esto causa que los granos se vayan desgastando y su tamaño vaya disminuyendo con la distancia recorrida. Por esta razón, los clastos, o granos más gruesos, tienden
a encontrarse en el fondo de los ríos, cerca de las montañas,
mientras que sedimentos más finos son comunes en zonas
más alejadas de las montañas. Además, la acción de químicos
disueltos en el agua puede afectar los fragmentos de rocas o
minerales, al punto de transformar su composición. El lugar al
que finalmente llegan los sedimentos se conoce como cuenca
sedimentaria.
Las cuencas sedimentarias son depresiones topográficas en las
que se depositan sedimentos, y en donde hay un alto potencial
de preservación de los mismos. Para que esto ocurra, en una
cuenca sedimentaria deben existir procesos de enterramiento
(subsidencia tectónica), que hacen que los sedimentos estén
protegidos de la erosión y meteorización. Además, los sedimentos deben consolidarse (endurecerse), lo cual ocurre gracias a
la presión de sedimentos suprayacentes que ayudan a compactarlos. También se produce una cementación entre los granos
de sedimento, gracias a la precipitación de compuestos (e. g.,
carbonato de calcio, también conocido como calcita) que se ge-
neran tras el paso de agua, cargada de iones, a través de los
poros de la roca.
Una vez los sedimentos pasan por estos procesos, se convierten en estratos de rocas sedimentarias. El siguiente proceso,
necesario para traer estas rocas a la superficie, en donde los
geólogos las pueden estudiar, es un evento de deformación.
Normalmente, esto se da con ayuda de fallas que hacen que
bloques de rocas que se encuentran enterrados emerjan sobre
otras rocas que se hallan cerca de la superficie (figura 2).
Existen diferentes tipos de cuencas sedimentarias que se producen en la tierra por diversos procesos geológicos. Por ejemplo,
hay cuencas en sistemas divergentes o extensionales, como las
cuencas de rift, es decir, aquellas que se producen por procesos
tectónicos que dan lugar a un gran rompimiento en las masas
continentales, por ejemplo, cuando Suramérica se separó de
lo que es hoy conocido como África. Del mismo modo, existen
otros tipos de cuencas, como las extensionales, compresivas y
transpresivas. Sin embargo, las peculiaridades que hacen diferentes a estas cuencas no son de importancia para el objetivo
de este artículo; en cambio, sí lo es la similitud, que hace que
en todas estas cuencas se genere espacio de acomodación, en
donde los sedimentos, producto de la erosión y meteorización,
pueden ser acumulados [2].
¿CÓMO SE DEPOSITAN LOS SEDIMENTOS EN LAS
DIFERENTES CUENCAS SEDIMENTARIAS?
Esta es una pregunta que se han hecho los sedimentólogos
durante varias décadas. Para entender el registro de las rocas
sedimentarias es necesario buscar casos modernos análogos
(cuencas sedimentarias activas) y estudiar cuál es la forma de
los depósitos sedimentarios, con el propósito de intentar predecir cómo se vería una sucesión de rocas formadas en dicho
ambiente.
Macizo tectónico (o Horst)
Fosa tectónica (o Graben)
Figura 2. Tipos de fallas. Macizo tectónico (o Horst): ambiente compresivo; fosa tectónica (o Graben): ambiente extensivo.
Fuente: modificado de [1]
Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 81
Estos estudios tienen una gran importancia para entender reservorios petrolíferos, o de aguas subterráneas, entre otros. Por
ejemplo, para saber si hay posibilidades de encontrar petróleo
en una unidad rocosa es necesario conocer cómo están conectados los estratos arenosos de dicha unidad, lo que finalmente
se relaciona con el tipo de ríos que depositaron dichos cuerpos
de arena. ¿Qué tan conectados estaban los canales del río que
depositó esos sedimentos? ¿Había llanuras de inundación en la
cuenca, o el gradiente era muy alto y predominaban sedimentos
de grano grueso? Ese es el tipo de preguntas que se hace un
geólogo para poder entender las rocas.
Uno de los estudios más importantes de la sedimentología fluvial
en las últimas décadas aportó la definición del modelo de facies
sedimentarias [3]. Con este modelo era posible entender una secuencia de estratos de rocas sedimentarias a partir de comparaciones con depósitos de ríos modernos. Expongamos un ejemplo
simplificado: al encontrar una sucesión de areniscas intercaladas
con lodolitas (rocas de grano fino), un geólogo que observe las
estructuras sedimentarias de cada tipo de roca podría interpretar
el ambiente de deposición de esas rocas, como, por ejemplo, un
río meándrico con llanuras de inundación en los costados.
Sin embargo, investigaciones más recientes [4, 5] se fijaron en
un error muy importante que tenía el modelo de facies. La mayoría de los análogos modernos, o depósitos de ríos actuales
utilizados en los estudios de facies [3] (figura 3), habían surgido en lugares situados fuera de cuencas sedimentarias, que
es donde realmente se depositan y preservan los sedimentos
[4]. Weissmann y sus colaboradores sugirieron que en vez de
estudiar los ríos en zonas de alta erosión, como en valles cerca
de las montañas, donde los sedimentos se depositan durante
periodos de tiempo cortos y luego son retrabajados, debido a
la alta energía, los estudios de facies debían realizarse en las
cuencas sedimentarias.
Estas nuevas ideas han llevado a los investigadores a hacer un
estudio detallado de la forma como se depositan los sedimentos en las cuencas sedimentarias. Por medio de técnicas más
modernas, como el análisis de diferentes espectros de onda
captados por imágenes satelitales (Landsat), los investigadores
lograron ver que, en la mayoría de las cuencas sedimentarias,
los ríos se comportan de una manera muy peculiar, en forma de
abanicos [4]. Al entrar en una cuenca sedimentaria, un río pasa,
de estar confinado en un valle, a un lugar con mucho espacio
de acomodación, por lo cual el canal del río tiende a dividirse y
a distribuir la carga de sedimento de forma radial (figuras 4 y 5).
La división del canal, o bifurcación, se conoce como avulsión, y
es el mecanismo por medio del cual los sedimentos son distribuidos a lo largo de la cuenca sedimentaria [6], y es posiblemente la razón por la cual encontramos depósitos extensos de
rocas sedimentarias.
Río trenzado
Río meándrico
Río anastomosado
Figura 3. Distintos tipos de ríos estudiados en los modelos de facies de Miall.
Fuente: [3]
82 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, núm. 20, 2016
Figura 4. Abanico del río Taquaral (Brasil), con crecimiento radial.
Fuente: autoría propia, realizado con datos del Landsat 8. Composición en color (RGB) realizada con las bandas 6, 5, 4
Figura 5. Abanico de geomorfología típica ubicado en el desierto de China.
Fuente: autoría propia, realizado con datos del Landsat 8. Composición en color (RGB) realizada con las bandas: 6, 5, 4
Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 83
Cuencas terrestres
Zonas altas
84 %
Cuencas
16 %
1 %
4 %
7 %
10 %
49 %
29 %
Porcentaje de superficie continental
Tectónica
Backarc
Foreland
Forearc
Strike–Slip
Intracratonic
Extensional
Pasive margin
Batimetría/Elevación
−10 322m
0m
Cuencas en litosfera continental
2 %
3 %
7 211m
10 %
10 %
46 %
11 %
Cuencas Zonas altas
41 %
59 %
18 %
Sin datos disponibles
Porcentaje de litosfera continental
Figura 6. Ubicación y proporción de las cuencas terrestres.
Fuente: Modificado de [8]
La tarea de los sedimentólogos, ahora, es entender los depósitos
de los ríos y las posibles sucesiones de roca que se esperarían
en abanicos fluviales dentro de una cuenca sedimentaria; es
decir, actualizar los modelos de facies clásicos [3] con la nueva
evidencia. Algunos autores ya están tratando de entender algunos patrones repetidos en diferentes abanicos.
Por ejemplo, Weissmann y sus colaboradores propusieron el término
sistemas de distribución fluvial (DFS, por la sigla correspondiente a
la expresión inglesa distributive fluvial system) para los depósitos en
forma de abanico que se presentan en las cuencas sedimentarias
[4]. Además, estos autores encontraron que en la mayoría de abanicos había diferencias en el tamaño de grano a medida que se alejaba del ápice del abanico; así, había sedimentos más gruesos en las
partes proximales, y sedimentos más finos en las partes distales [7].
Por otro lado, también se ha encontrado que los DFS tienden a
progradar, es decir, a avanzar o entrar en la cuenca sedimentaria,
lo cual se vería representado en el registro rocoso como una señal
de incremento en el tamaño del grano a medida que se asciende
estratigráficamente [7].
Estos estudios nos ayudan a entender mejor el registro rocoso
a partir de análogos modernos; sin embargo, es necesario tener
en cuenta el hecho de que no todos los sedimentos que se depositan en una cuenca sedimentaria van a convertirse en rocas
84 Hipótesis, Apuntes científicos uniandinos, núm. 20, 2016
sedimentarias. Los efectos del clima pueden causar erosión en
una cuenca sedimentaria y hacer que se pierda parte del registro
de la misma. Además, durante los procesos de levantamiento de
la roca sedimentaria, estas también pueden ser erosionadas, y por
lo tanto no las podremos ver.
Recientes investigaciones a partir de modelos digitales de elevación, o DEM, por sus siglas en inglés, demostraron que tan sólo el
~16% de la superficie de los continentes son cuencas sedimentarias (figura 6). El restante ~84% de la superficie de los continentes
corresponde a zonas de altos topográficos en donde predominan
los procesos erosivos; allí los sedimentos tienden a fluir, en lugar
de acumularse. Esta conclusión es impresionante, ya que si se
asume que estos porcentajes han sido parecidos desde la mayor
parte de la historia de la tierra (por lo menos desde que tenemos
actividad fluvial), es claro que el registro sedimentario sólo nos da
información de pequeñas áreas continentales del planeta durante
un tiempo determinado.
¿Qué tan validas son nuestras conclusiones acerca del pasado
si estas se basan en un registro sedimentario tan incompleto?
La respuesta a esta pregunta es esquiva y quizá solo sirva como
argumento a favor de las habilidades de abstracción del geólogo. Algo seguro es que al mirar cualquier expresión del registro
sedimentario debemos contar con la objetividad necesaria para
reconstruir el pasado a partir de información tan limitada. •
GLOSARIO
1. Erosión: proceso mediante el cual una roca madre se va
gradualmente destituyendo por acción de procesos superficiales como el flujo de agua o viento, este tiene como
requisito el posterior movimiento (transporte) de estos sedimentos.
2. Meteorización: desgastamiento de una roca producto del
contacto con la atmosfera terrestre o su biota. Esta se caracteriza por su cualidad in-situ y por ende no debe ser
confundida con la erosión.
3. Rio meándrico: rio que forma un patrón sinusoidal debido
a procesos de sedimentación y depositación en sus meandros (surcos), el rio amazonas es de los ejemplos más característicos de este tipo de ríos.
REFERENCIAS
[1] Fossen H. Structural geology. Oxford: Cambridge University
Press; 2016.
[2] Ingersoll R, Busby C, Azor A. Tectonics of Sedimentary Basins,
with revised nomenclature. En: Tectonics of sedimentary basins:
recent advances. Chichester: John Wiley & Sons, Ltd; 2011.
[3] Miall A. The geology of fluvial deposits. Sedimentary facies, basin
analysis, and petroleum geology. Berlin: Springer-Verlag; 1996.
[4] Weissmann GS, Hartley AJ, Nichols GJ, Scuderi LA, Olson M,
Buehler H et al. Fluvial form in modern continental sedimentary
basins: Distributive fluvial systems. Geology 2010; 38(1): 39-42.
[5] Weissmann GS, Hartley AJ, Scuderi LA, Nichols GJ, Owen A,
Wright S et al. Fluvial geomorphic elements in modern sedimentary basins and their potential preservation in the rock
record: A review. Geomorphology 2015; 250: 187-219.
[6] Slingerland R, Smith ND. River avulsions and their deposits. Annual
Review of Earth and Planetary Sciences 2004; 32(1): 257-285.
[7] Weissmann GS, Hartley AJ, Scuderi LA, Nichols GJ, Davidson
SK, Owen A et al. Prograding distributive fluvial systems: Geomorphic models and ancient examples. En: New frontiers in
paleopedology and terrestrial paleoclimatology: paleosols and
soil surface analog systems. Tulsa: SEPM; 2013.
[8] Nyberg B, Howell JA. Is the present the key to the past? A global characterization of modern sedimentary basins. Geology
2015; 43(7): 643-646.
Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 85