Rocas sedimentarias ¿cómo se forman y qué nos cuentan sobre el pasado?
Rocas-sedimentarias-20
Rocas-sedimentarias-20
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Fuente: autores<br />
<strong>Rocas</strong> <strong><strong>se</strong>dimentarias</strong>:<br />
<strong>¿cómo</strong> <strong>se</strong> <strong>forman</strong> y <strong>qué</strong> <strong>nos</strong><br />
<strong>cuentan</strong> <strong>sobre</strong> <strong>el</strong> <strong>pasado</strong>?<br />
Nicolás Pérez Consuegra, Andrés F<strong>el</strong>ipe Cala Pérez
<strong>Rocas</strong> <strong><strong>se</strong>dimentarias</strong>:<br />
<strong>¿cómo</strong> <strong>se</strong> <strong>forman</strong> y <strong>qué</strong> <strong>nos</strong> <strong>cuentan</strong> <strong>sobre</strong> <strong>el</strong> <strong>pasado</strong>?<br />
Nicolás<br />
Pérez Consuegra<br />
Estudiante de pregrado<br />
en Geociencias en la<br />
Universidad de los Andes<br />
n.perez568@uniandes.edu.co<br />
Andrés F<strong>el</strong>ipe<br />
Cala Pérez<br />
Estudiante de pregrado<br />
en Geociencias<br />
e Ingeniería Civil en la<br />
Universidad de los Andes<br />
af.cala1049@uniandes.edu.co<br />
Una de las tareas principales de un geólogo es reconstruir <strong>el</strong> <strong>pasado</strong><br />
a partir de evidencias que han quedado en las rocas y <strong>el</strong><br />
registro fósil. Esta tarea es complicada, ya que implica entender<br />
procesos que sucedieron hace decenas, cientos y hasta miles<br />
de millones de años a partir de evidencia registrada en algu<strong>nos</strong><br />
estratos de rocas <strong><strong>se</strong>dimentarias</strong>. Además, <strong>el</strong> registro rocoso es incompleto,<br />
es decir, no todo <strong>el</strong> tiempo geológico queda registrado<br />
en las rocas, ni todas las rocas repre<strong>se</strong>ntan la misma escala de<br />
tiempo geológico.<br />
Las rocas <strong><strong>se</strong>dimentarias</strong> (figura 1) son importantes para reconstruir la historia geológica, ya que son las<br />
que pre<strong>se</strong>rvan la evidencia de vida en <strong>el</strong> <strong>pasado</strong> (fósiles) y de los ambientes en los que esos organismos<br />
vivían. Estas rocas están constituidas por gra<strong>nos</strong> minerales o fragmentos de otras rocas, que fueron erosionados<br />
de alguna montaña por la acción de agentes como <strong>el</strong> agua o viento. ¿Cómo era <strong>el</strong> clima en la<br />
época en la que vivieron los di<strong>nos</strong>aurios? ¿En <strong>el</strong> <strong>pasado</strong> habían ríos u otros cuerpos de agua en regiones<br />
que hoy en día son desérticas, como la Guajira? ¿Qué procesos controlaban los ecosistemas d<strong>el</strong> <strong>pasado</strong>?<br />
¿Qué tipo de organismos vivían en cierta zona en <strong>el</strong> <strong>pasado</strong>? ¿Qué cadenas montañosas existían en <strong>el</strong><br />
<strong>pasado</strong>? Este tipo de preguntas pueden <strong>se</strong>r resu<strong>el</strong>tas solo mediante <strong>el</strong> estudio de rocas <strong><strong>se</strong>dimentarias</strong>,<br />
que incluye análisis de campo y de laboratorio, como la petrografía, análisis químicos y <strong>el</strong> estudio de la<br />
fauna y flora fósil pre<strong>se</strong>rvada en las rocas.<br />
Figura 1. Diferentes tipos de rocas <strong><strong>se</strong>dimentarias</strong>. De izquierda a derecha y de arriba abajo: lodolita negra con venas calcáreas, cuarzoarenita de grano<br />
medio, concreción fosilífera calcárea, lodolita oscura con pre<strong>se</strong>ncia de fósiles de amonitas, caliza negra, arena lítica poco consolidada.<br />
Fuente: autoría propia<br />
80 Hipótesis, Apuntes científicos uniandi<strong>nos</strong>, núm. 20, 2016
Cada vez que <strong>el</strong> geólogo va al campo y ve una roca <strong>se</strong>dimentaria,<br />
sabe que <strong>se</strong> encuentra frente a una historia de muchos procesos<br />
geológicos, como la erosión, <strong>el</strong> transporte, la deposición,<br />
la litificación de los <strong>se</strong>dimentos y <strong>el</strong> posterior levantamiento de<br />
la roca <strong>se</strong>dimentaria, que hoy en día permite encontrarla <strong>sobre</strong><br />
la superficie.<br />
El ciclo de una roca <strong>se</strong>dimentaria comienza, entonces, cuando <strong>el</strong><br />
<strong>se</strong>dimento es generado: un fragmento o grano mineral <strong>se</strong> desprende<br />
de su roca madre y comienza a <strong>se</strong>r transportado hacia<br />
zonas más bajas por la acción de un agente como <strong>el</strong> agua de<br />
un río, acompañado de la gravedad. Durante <strong>el</strong> transporte, los<br />
<strong>se</strong>dimentos sufren abrasión física, al chocar contra otros gra<strong>nos</strong><br />
en su medio de transporte, que pueden variar desde fondos de<br />
canales hasta dunas. Esto causa que los gra<strong>nos</strong> <strong>se</strong> vayan desgastando<br />
y su tamaño vaya disminuyendo con la distancia recorrida.<br />
Por esta razón, los clastos, o gra<strong>nos</strong> más gruesos, tienden<br />
a encontrar<strong>se</strong> en <strong>el</strong> fondo de los ríos, cerca de las montañas,<br />
mientras que <strong>se</strong>dimentos más fi<strong>nos</strong> son comunes en zonas<br />
más alejadas de las montañas. Además, la acción de químicos<br />
disu<strong>el</strong>tos en <strong>el</strong> agua puede afectar los fragmentos de rocas o<br />
minerales, al punto de transformar su composición. El lugar al<br />
que finalmente llegan los <strong>se</strong>dimentos <strong>se</strong> conoce como cuenca<br />
<strong>se</strong>dimentaria.<br />
Las cuencas <strong><strong>se</strong>dimentarias</strong> son depresiones topográficas en las<br />
que <strong>se</strong> depositan <strong>se</strong>dimentos, y en donde hay un alto potencial<br />
de pre<strong>se</strong>rvación de los mismos. Para que esto ocurra, en una<br />
cuenca <strong>se</strong>dimentaria deben existir procesos de enterramiento<br />
(subsidencia tectónica), que hacen que los <strong>se</strong>dimentos estén<br />
protegidos de la erosión y meteorización. Además, los <strong>se</strong>dimentos<br />
deben consolidar<strong>se</strong> (endurecer<strong>se</strong>), lo cual ocurre gracias a<br />
la presión de <strong>se</strong>dimentos suprayacentes que ayudan a compactarlos.<br />
También <strong>se</strong> produce una cementación entre los gra<strong>nos</strong><br />
de <strong>se</strong>dimento, gracias a la precipitación de compuestos (e. g.,<br />
carbonato de calcio, también conocido como calcita) que <strong>se</strong> generan<br />
tras <strong>el</strong> paso de agua, cargada de iones, a través de los<br />
poros de la roca.<br />
Una vez los <strong>se</strong>dimentos pasan por estos procesos, <strong>se</strong> convierten<br />
en estratos de rocas <strong><strong>se</strong>dimentarias</strong>. El siguiente proceso,<br />
necesario para traer estas rocas a la superficie, en donde los<br />
geólogos las pueden estudiar, es un evento de deformación.<br />
Normalmente, esto <strong>se</strong> da con ayuda de fallas que hacen que<br />
bloques de rocas que <strong>se</strong> encuentran enterrados emerjan <strong>sobre</strong><br />
otras rocas que <strong>se</strong> hallan cerca de la superficie (figura 2).<br />
Existen diferentes tipos de cuencas <strong><strong>se</strong>dimentarias</strong> que <strong>se</strong> producen<br />
en la tierra por diversos procesos geológicos. Por ejemplo,<br />
hay cuencas en sistemas divergentes o extensionales, como las<br />
cuencas de rift, es decir, aqu<strong>el</strong>las que <strong>se</strong> producen por procesos<br />
tectónicos que dan lugar a un gran rompimiento en las masas<br />
continentales, por ejemplo, cuando Suramérica <strong>se</strong> <strong>se</strong>paró de<br />
lo que es hoy conocido como África. D<strong>el</strong> mismo modo, existen<br />
otros tipos de cuencas, como las extensionales, compresivas y<br />
transpresivas. Sin embargo, las peculiaridades que hacen diferentes<br />
a estas cuencas no son de importancia para <strong>el</strong> objetivo<br />
de este artículo; en cambio, sí lo es la similitud, que hace que<br />
en todas estas cuencas <strong>se</strong> genere espacio de acomodación, en<br />
donde los <strong>se</strong>dimentos, producto de la erosión y meteorización,<br />
pueden <strong>se</strong>r acumulados [2].<br />
¿CÓMO SE DEPOSITAN LOS SEDIMENTOS EN LAS<br />
DIFERENTES CUENCAS SEDIMENTARIAS?<br />
Esta es una pregunta que <strong>se</strong> han hecho los <strong>se</strong>dimentólogos<br />
durante varias décadas. Para entender <strong>el</strong> registro de las rocas<br />
<strong><strong>se</strong>dimentarias</strong> es necesario buscar casos moder<strong>nos</strong> análogos<br />
(cuencas <strong><strong>se</strong>dimentarias</strong> activas) y estudiar cuál es la forma de<br />
los depósitos <strong>se</strong>dimentarios, con <strong>el</strong> propósito de intentar predecir<br />
cómo <strong>se</strong> vería una sucesión de rocas formadas en dicho<br />
ambiente.<br />
Macizo tectónico (o Horst)<br />
Fosa tectónica (o Graben)<br />
Figura 2. Tipos de fallas. Macizo tectónico (o Horst): ambiente compresivo; fosa tectónica (o Graben): ambiente extensivo.<br />
Fuente: modificado de [1]<br />
Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 81
Estos estudios tienen una gran importancia para entender re<strong>se</strong>rvorios<br />
petrolíferos, o de aguas subterráneas, entre otros. Por<br />
ejemplo, para saber si hay posibilidades de encontrar petróleo<br />
en una unidad rocosa es necesario conocer cómo están conectados<br />
los estratos are<strong>nos</strong>os de dicha unidad, lo que finalmente<br />
<strong>se</strong> r<strong>el</strong>aciona con <strong>el</strong> tipo de ríos que depositaron dichos cuerpos<br />
de arena. ¿Qué tan conectados estaban los canales d<strong>el</strong> río que<br />
depositó esos <strong>se</strong>dimentos? ¿Había llanuras de inundación en la<br />
cuenca, o <strong>el</strong> gradiente era muy alto y predominaban <strong>se</strong>dimentos<br />
de grano grueso? E<strong>se</strong> es <strong>el</strong> tipo de preguntas que <strong>se</strong> hace un<br />
geólogo para poder entender las rocas.<br />
Uno de los estudios más importantes de la <strong>se</strong>dimentología fluvial<br />
en las últimas décadas aportó la definición d<strong>el</strong> mod<strong>el</strong>o de facies<br />
<strong><strong>se</strong>dimentarias</strong> [3]. Con este mod<strong>el</strong>o era posible entender una <strong>se</strong>cuencia<br />
de estratos de rocas <strong><strong>se</strong>dimentarias</strong> a partir de comparaciones<br />
con depósitos de ríos moder<strong>nos</strong>. Expongamos un ejemplo<br />
simplificado: al encontrar una sucesión de areniscas intercaladas<br />
con lodolitas (rocas de grano fino), un geólogo que ob<strong>se</strong>rve las<br />
estructuras <strong><strong>se</strong>dimentarias</strong> de cada tipo de roca podría interpretar<br />
<strong>el</strong> ambiente de deposición de esas rocas, como, por ejemplo, un<br />
río meándrico con llanuras de inundación en los costados.<br />
Sin embargo, investigaciones más recientes [4, 5] <strong>se</strong> fijaron en<br />
un error muy importante que tenía <strong>el</strong> mod<strong>el</strong>o de facies. La mayoría<br />
de los análogos moder<strong>nos</strong>, o depósitos de ríos actuales<br />
utilizados en los estudios de facies [3] (figura 3), habían surgido<br />
en lugares situados fuera de cuencas <strong><strong>se</strong>dimentarias</strong>, que<br />
es donde realmente <strong>se</strong> depositan y pre<strong>se</strong>rvan los <strong>se</strong>dimentos<br />
[4]. Weissmann y sus colaboradores sugirieron que en vez de<br />
estudiar los ríos en zonas de alta erosión, como en valles cerca<br />
de las montañas, donde los <strong>se</strong>dimentos <strong>se</strong> depositan durante<br />
periodos de tiempo cortos y luego son retrabajados, debido a<br />
la alta energía, los estudios de facies debían realizar<strong>se</strong> en las<br />
cuencas <strong><strong>se</strong>dimentarias</strong>.<br />
Estas nuevas ideas han llevado a los investigadores a hacer un<br />
estudio detallado de la forma como <strong>se</strong> depositan los <strong>se</strong>dimentos<br />
en las cuencas <strong><strong>se</strong>dimentarias</strong>. Por medio de técnicas más<br />
modernas, como <strong>el</strong> análisis de diferentes espectros de onda<br />
captados por imágenes sat<strong>el</strong>itales (Landsat), los investigadores<br />
lograron ver que, en la mayoría de las cuencas <strong><strong>se</strong>dimentarias</strong>,<br />
los ríos <strong>se</strong> comportan de una manera muy peculiar, en forma de<br />
abanicos [4]. Al entrar en una cuenca <strong>se</strong>dimentaria, un río pasa,<br />
de estar confinado en un valle, a un lugar con mucho espacio<br />
de acomodación, por lo cual <strong>el</strong> canal d<strong>el</strong> río tiende a dividir<strong>se</strong> y<br />
a distribuir la carga de <strong>se</strong>dimento de forma radial (figuras 4 y 5).<br />
La división d<strong>el</strong> canal, o bifurcación, <strong>se</strong> conoce como avulsión, y<br />
es <strong>el</strong> mecanismo por medio d<strong>el</strong> cual los <strong>se</strong>dimentos son distribuidos<br />
a lo largo de la cuenca <strong>se</strong>dimentaria [6], y es posiblemente<br />
la razón por la cual encontramos depósitos extensos de<br />
rocas <strong><strong>se</strong>dimentarias</strong>.<br />
Río trenzado<br />
Río meándrico<br />
Río anastomosado<br />
Figura 3. Distintos tipos de ríos estudiados en los mod<strong>el</strong>os de facies de Miall.<br />
Fuente: [3]<br />
82 Hipótesis, Apuntes científicos uniandi<strong>nos</strong>, núm. 20, 2016
Figura 4. Abanico d<strong>el</strong> río Taquaral (Brasil), con crecimiento radial.<br />
Fuente: autoría propia, realizado con datos d<strong>el</strong> Landsat 8. Composición en color (RGB) realizada con las bandas 6, 5, 4<br />
Figura 5. Abanico de geomorfología típica ubicado en <strong>el</strong> desierto de China.<br />
Fuente: autoría propia, realizado con datos d<strong>el</strong> Landsat 8. Composición en color (RGB) realizada con las bandas: 6, 5, 4<br />
Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 83
Zonas altas<br />
84 %<br />
Cuencas terrestres<br />
1 %<br />
7 % 4 %<br />
10 %<br />
Cuencas<br />
49 %<br />
16 %<br />
29 %<br />
Porcentaje de superficie continental<br />
Tectónica Batimetría/Elevación 2 % Cuencas en litosfera continental<br />
3 %<br />
10 %<br />
Backarc<br />
For<strong>el</strong>and<br />
Forearc<br />
Strike–Slip<br />
Intracratonic<br />
Extensional<br />
Pasive margin<br />
−10 322m 0m 7 211m<br />
Sin datos disponibles<br />
10 %<br />
11 %<br />
18 %<br />
46 %<br />
Cuencas<br />
41 %<br />
Porcentaje de litosfera continental<br />
Zonas altas<br />
59 %<br />
Figura 6. Ubicación y proporción de las cuencas terrestres.<br />
Fuente: Modificado de [8]<br />
La tarea de los <strong>se</strong>dimentólogos, ahora, es entender los depósitos<br />
de los ríos y las posibles sucesiones de roca que <strong>se</strong> esperarían<br />
en abanicos fluviales dentro de una cuenca <strong>se</strong>dimentaria; es<br />
decir, actualizar los mod<strong>el</strong>os de facies clásicos [3] con la nueva<br />
evidencia. Algu<strong>nos</strong> autores ya están tratando de entender algu<strong>nos</strong><br />
patrones repetidos en diferentes abanicos.<br />
Por ejemplo, Weissmann y sus colaboradores propusieron <strong>el</strong> término<br />
sistemas de distribución fluvial (DFS, por la sigla correspondiente a<br />
la expresión inglesa distributive fluvial system) para los depósitos en<br />
forma de abanico que <strong>se</strong> pre<strong>se</strong>ntan en las cuencas <strong><strong>se</strong>dimentarias</strong><br />
[4]. Además, estos autores encontraron que en la mayoría de abanicos<br />
había diferencias en <strong>el</strong> tamaño de grano a medida que <strong>se</strong> alejaba<br />
d<strong>el</strong> ápice d<strong>el</strong> abanico; así, había <strong>se</strong>dimentos más gruesos en las<br />
partes proximales, y <strong>se</strong>dimentos más fi<strong>nos</strong> en las partes distales [7].<br />
Por otro lado, también <strong>se</strong> ha encontrado que los DFS tienden a<br />
progradar, es decir, a avanzar o entrar en la cuenca <strong>se</strong>dimentaria,<br />
lo cual <strong>se</strong> vería repre<strong>se</strong>ntado en <strong>el</strong> registro rocoso como una <strong>se</strong>ñal<br />
de incremento en <strong>el</strong> tamaño d<strong>el</strong> grano a medida que <strong>se</strong> asciende<br />
estratigráficamente [7].<br />
Estos estudios <strong>nos</strong> ayudan a entender mejor <strong>el</strong> registro rocoso<br />
a partir de análogos moder<strong>nos</strong>; sin embargo, es necesario tener<br />
en cuenta <strong>el</strong> hecho de que no todos los <strong>se</strong>dimentos que <strong>se</strong> depositan<br />
en una cuenca <strong>se</strong>dimentaria van a convertir<strong>se</strong> en rocas<br />
<strong><strong>se</strong>dimentarias</strong>. Los efectos d<strong>el</strong> clima pueden causar erosión en<br />
una cuenca <strong>se</strong>dimentaria y hacer que <strong>se</strong> pierda parte d<strong>el</strong> registro<br />
de la misma. Además, durante los procesos de levantamiento de<br />
la roca <strong>se</strong>dimentaria, estas también pueden <strong>se</strong>r erosionadas, y por<br />
lo tanto no las podremos ver.<br />
Recientes investigaciones a partir de mod<strong>el</strong>os digitales de <strong>el</strong>evación,<br />
o DEM, por sus siglas en inglés, demostraron que tan sólo <strong>el</strong><br />
~16% de la superficie de los continentes son cuencas <strong><strong>se</strong>dimentarias</strong><br />
(figura 6). El restante ~84% de la superficie de los continentes<br />
corresponde a zonas de altos topográficos en donde predominan<br />
los procesos erosivos; allí los <strong>se</strong>dimentos tienden a fluir, en lugar<br />
de acumular<strong>se</strong>. Esta conclusión es impresionante, ya que si <strong>se</strong><br />
asume que estos porcentajes han sido parecidos desde la mayor<br />
parte de la historia de la tierra (por lo me<strong>nos</strong> desde que tenemos<br />
actividad fluvial), es claro que <strong>el</strong> registro <strong>se</strong>dimentario sólo <strong>nos</strong> da<br />
información de pequeñas áreas continentales d<strong>el</strong> planeta durante<br />
un tiempo determinado.<br />
¿Qué tan validas son nuestras conclusiones acerca d<strong>el</strong> <strong>pasado</strong><br />
si estas <strong>se</strong> basan en un registro <strong>se</strong>dimentario tan incompleto?<br />
La respuesta a esta pregunta es esquiva y quizá solo sirva como<br />
argumento a favor de las habilidades de abstracción d<strong>el</strong> geólogo.<br />
Algo <strong>se</strong>guro es que al mirar cualquier expresión d<strong>el</strong> registro<br />
<strong>se</strong>dimentario debemos contar con la objetividad necesaria para<br />
reconstruir <strong>el</strong> <strong>pasado</strong> a partir de información tan limitada. •<br />
84 Hipótesis, Apuntes científicos uniandi<strong>nos</strong>, núm. 20, 2016
GLOSARIO<br />
1. Erosión: proceso mediante <strong>el</strong> cual una roca madre <strong>se</strong> va<br />
gradualmente destituyendo por acción de procesos superficiales<br />
como <strong>el</strong> flujo de agua o viento, este tiene como<br />
requisito <strong>el</strong> posterior movimiento (transporte) de estos <strong>se</strong>dimentos.<br />
2. Meteorización: desgastamiento de una roca producto d<strong>el</strong><br />
contacto con la atmosfera terrestre o su biota. Esta <strong>se</strong> caracteriza<br />
por su cualidad in-situ y por ende no debe <strong>se</strong>r<br />
confundida con la erosión.<br />
3. Rio meándrico: rio que forma un patrón sinusoidal debido<br />
a procesos de <strong>se</strong>dimentación y depositación en sus meandros<br />
(surcos), <strong>el</strong> rio amazonas es de los ejemplos más característicos<br />
de este tipo de ríos.<br />
REFERENCIAS<br />
[1] Fos<strong>se</strong>n H. Structural geology. Oxford: Cambridge University<br />
Press; 2016.<br />
[2] Ingersoll R, Busby C, Azor A. Tectonics of Sedimentary Basins,<br />
with revi<strong>se</strong>d nomenclature. En: Tectonics of <strong>se</strong>dimentary basins:<br />
recent advances. Chichester: John Wiley & Sons, Ltd; 2011.<br />
[3] Miall A. The geology of fluvial deposits. Sedimentary facies, basin<br />
analysis, and petroleum geology. Berlin: Springer-Verlag; 1996.<br />
[4] Weissmann GS, Hartley AJ, Nichols GJ, Scuderi LA, Olson M,<br />
Buehler H et al. Fluvial form in modern continental <strong>se</strong>dimentary<br />
basins: Distributive fluvial systems. Geology 2010; 38(1): 39-42.<br />
[5] Weissmann GS, Hartley AJ, Scuderi LA, Nichols GJ, Owen A,<br />
Wright S et al. Fluvial geomorphic <strong>el</strong>ements in modern <strong>se</strong>dimentary<br />
basins and their potential pre<strong>se</strong>rvation in the rock<br />
record: A review. Geomorphology 2015; 250: 187-219.<br />
[6] Slingerland R, Smith ND. River avulsions and their deposits. Annual<br />
Review of Earth and Planetary Sciences 2004; 32(1): 257-285.<br />
[7] Weissmann GS, Hartley AJ, Scuderi LA, Nichols GJ, Davidson<br />
SK, Owen A et al. Prograding distributive fluvial systems: Geomorphic<br />
mod<strong>el</strong>s and ancient examples. En: New frontiers in<br />
paleopedology and terrestrial paleoclimatology: paleosols and<br />
soil surface analog systems. Tulsa: SEPM; 2013.<br />
[8] Nyberg B, How<strong>el</strong>l JA. Is the pre<strong>se</strong>nt the key to the past? A global<br />
characterization of modern <strong>se</strong>dimentary basins. Geology<br />
2015; 43(7): 643-646.<br />
Universidad de los Andes, Facultad de Ciencias 85