INTRODUCCIÓ SEDIMENTS I ROQUES SEDIMENTÀRIES

Els sediments i les roques sedimentàries es formen a la superfície terrestre, o en les seves proximitats, mitjançant processos físics (erosió, transport, etc.), químics (precipitació) i biològics (activitat dels organismes o acumulació de les seves restes). Malgrat que constitueixen únicament el 5% de les roques de l’escorça terrestre, cobreixen prop del 70% de la superfície del planeta.

Les roques sedimentàries més antigues que es coneixen tenen uns 3800 milions d’anys d’antiguitat. Aquesta dada ens permet afirmar que en aquells temps remots ja es desenvolupaven els processos externs.

Un sediment és una acumulació incoherent de partícules minerals, rocoses o orgàniques, transportades i dipositades per processos físics, o precipitades mitjançant processos químics o bioquímics, en zones marines o continentals. En són bons exemples les sorres d’una platja o del desert, les graves de les vores d’un riu, etc.

Quan els sediments experimenten un seguit de canvis que els consoliden es transformen en roques sedimentàries. Aquests canvis es coneixen amb el nom de diagènesi, tenen lloc a pocs milers de metres de fondària, a temperatures baixes (inferiors a 300ºC) i inclouen processos de compactació, cimentació, recristal·lització, dissolució, transformació de certs minerals i precipitació de nous.

Les característiques que cal destacar de les roques sedimentàries: l’estratificació, la presència de fòssils i les estructures sedimentàries.

L’estratificació és la disposició de les roques sedimentàries en capes o estrats superposats. Cada estrat és una capa de roca de composició litològica força homogènia, separada dels estrats adjacents per superfícies clares anomenades plans d’estratificació i originada en unes condicions ambientals uniformes. L’estratificació és conseqüència de la variació del procés de sedimentació en el temps. Com que s’originen en contacte amb la biosfera, les roques sedimentàries sovint contenen fòssils. Encara més, diversos grups d’organismes intervenen de manera activa en la formació d’alguns tipus d’aquestes roques.

Els components de les roques sedimentàries (grans detrítics, cristalls de precipitació química i fòssils) ocupen sovint posicions ordenades i característiques a causa de la dinàmica sedimentària o dels processos diagenètics. Són les estructures sedimentàries, l’estudi i la interpretació de les quals és molt important per esbrinar l’origen d’aquestes roques.

Els ambients o medis sedimentaris són les zones de la superfície terrestre on es dipositen els sediments. En són bons exemples els fons marins, els llacs o els deltes.

L’estudi de les roques sedimentàries ha permès conèixer aspectes fonamentals de la història de la Terra com ara la distribució dels continents i els oceans en el passat, els climes d’altres èpoques geològiques, l’aparició i extinció de grups biològics i, més en general, l’evolució biològica. Aquest coneixement deduït és possible gràcies a l’aplicació del principi de l’actualisme: el present és la clau per entendre el passat. En estudiar i comprendre els sediments actuals convertim els estrats de les roques sedimentàries en autèntics fulls del llibre de la història geològica de la Terra.

La major part dels components de les roques sedimentàries procedeixen de la meteorització de les roques que afloren a la superfície terrestre i es poden agrupar en:

  • Grans detrítics o clastos, procedents de l’esmicolament de les roques, transportats i dipositats per mecanismes físics. Els més abundants són de quars, de feldspats, de miques i de fragments de roques.
  • Components de precipitació química de les sals dissoltes a les aigües de mars i de llacs, com ara els carbonats i els minerals evaporítics. Aquesta precipitació pot ser controlada o afavorida pels organismes que viuen en els medis sedimentaris, com és el cas dels carbonats (calcita i aragonita). En altres ocasions, la precipitació és deguda a processos d’evaporació i es formen clorurs, com per exemple l’halita i la silvita, o sulfats de calci, com ara el guix.
  • Restes d’éssers vius. Els fragments esquelètics (closques, espícules, ossos, etc.) s’anomenen bioclastos. La transformació de la matèria orgànica dóna lloc als carbons (a partir de teixits vegetals) i als petrolis.
  • Minerals d’alteració i de neoformació, entre els quals cal esmentar els minerals de l’argila (caolinita, montmoril·lonita, il·lita, etc.) i els òxids i hidròxids de ferro i alumini que s’originen per meteorització química dels feldspats i silicats ferromagnèsics.
  • Les roques sedimentàries també presenten components d’origen diagenètic, com els que constitueixen els ciments de nombroses roques i els anomenats minerals autigènics.

ROQUES DETRÍTIQUES (SILICICLÀSTIQUES)

Els sediments i les roques detrítiques, el grup més abundant de roques sedimentàries, són aquells que s’originen per l’acumulació de fragments (grans o clastos) procedents de l’alteració i disgregació d’altres roques que, en general, afloren a les terres emergides. Per això també s’anomenen roques terrígenes.

La meteorització i la disgregació de les roques origina el material detrític que inclou partícules sòlides de minerals i de roques de mida molt diversa. Atenent la mida de gra predominant, els sediments i les roques detrítiques es classifiquen en tres grups, lutites, arenites i rudites.

LUTITES

Grup de sediments i de roques sedimentàries detrítiques en les quals predominen els grans de mida inferior a 1/16 mm (0,065 mm). Els llims són sediments de mida de gra compres entre 1/256 i 1/16 mm, mentre que les argiles són sediments formats per grans de mida inferior a 1/256. Els llims compactats s’anomenen limolites, mentre que les argiles compactades constitueixen les argil·lites.

Les lutites són les roques sedimentàries més abundants. Els seus components principals són els minerals de les argiles, seguits del quars, els òxids de ferro, el carbonat de calci, la matèria orgànica, etc. Les que contenen importants quantitats de carbonat de calci (35-65%) s’anomenen margues.

De coloració molt diversa, són roques toves i de tacte untuós. Barrejades amb aigua, les lutites formen una pasta o fang fàcilment emmotllable, que s’endureix en escalfar-la. Aquesta propietat és la base per a la utilització de les lutites en la indústria ceràmica.

ARENITES: SORRES I GRESOS

El grup de les arenites inclou els sediments i les roques sedimentàries detrítiques formades majoritàriament per partícules de mida compresa entre 1/16 i 2 mm. Els sediments incoherents formats per grans sense cimentar constitueixen les sorres. Els gresos i les grauvaques són les roques que s´originen per la diagènesi de les sorres.

En la descripció de les arenites interessa conèixer principalment les característiques següents: la mida dels grans (granulometria), la forma que tenen (arrodonits, angulosos, etc.) i la composició mineralògica. El component predominant de la majoria de les arenites és el quars, seguit dels feldspats, les miques, els carbonats i els fragments de roques. Les arenites originades en ambients litorals solen contenir restes d’organismes: closques de foraminífers i de mol·luscs, pues i plaques d’eriçons, fragments de briozous i d’algues, etc.

En els gresos es poden distingir els components següents: els grans, la porositat i el ciment. Aquest darrer és un component d’origen químic, de composició principalment silícica o carbonàtica, que precipita entre els grans a partir d’aigües intersticials durant la diagènesi de la roca.

Un tipus particular d’arenites, les grauvaques, presenten un altre component: la matriu fina (de llim mitjà o argila) que emplena els espais entre els grans. En la resta d’arenites no hi ha matriu o és poc important (fins al 15 %).

Les arenites es poden dipositar en medis molt diversos. Són els principals components dels dipòsits fluvials: llits, planes al·luvials i terrasses. A la zona de contacte entre el continent i l’oceà són freqüents les acumulacions de sorres, principalment als deltes i a les platges. A certes zones desèrtiques són molt importants els dipòsits de sorres eòliques, que formen els coneguts camps de dunes.

RUDITES: CONGLOMERATS, BRETXES I GRAVES

Roques sedimentàries detrítiques formades majoritàriament per grans de mida superior a 2 mm, anomenats clastos. Les graves son els sediments incoherent. Els conglomerats i les bretxes son les rudites litificades, originades per la diagènesi de les graves. Els clastos de forma arrodonida s’anomenen, palets, còdols o blocs (granulometria fina, mitjana, grollera). Els de forma cantelluda s’anomenen cairells. ELs conglomerats estan formades per clastos arrodonits. Les bretxes estan formades per cairells.

Els espais buits entre els clastos són ocupats per grans més petits (sorres, llims o argiles) que constitueixen la matriu. Els grans detrítics procedeixen de la meteorització d’altres roques. Els clastos i la matriu estan lligats o units pel ciment, material de precipitació química originat després de la sedimentació dels dos primers, durant la diagènesi de la roca.

Els conglomerats abunden en les formacions rocoses originades en períodes orogènics i postorogènics, pel fet que l´erosió dels relleus en formació proporciona una gran quantitat de material detrític.

ROQUES CARBONÀTIQUES (O CARBONATADES)

Són les roques sedimentàries compostes majoritàriament per carbonats en forma de calcita o aragonita (polimorfs del CaCO3) i de dolomita (CaMg(CO3 )2).

Les calcàries són les roques en les quals predomina la calcita, mentre que en les dolomies el principal component és la dolomita. Després de les detrítiques, les carbonàtiques són les roques sedimentàries més abundants .

La major part de les dolomies s’originen mitjançant un procés diagenètic anomenat dolomitització, que consisteix en la substitució de la calcita de les calcàries per dolomita.

Les calcàries s’originen en medis marins i continentals a partir del carbonat de calci contingut a les aigües. Els components d’aquestes roques quasi sempre tenen un origen biològic (closques d’organismes) de manera que en la precipitació del carbonat de calci l’activitat dels organismes té un paper important. Així, doncs, en moltes calcàries un component fonamental són els bioclastos: closques i altres restes esquelètiques, senceres o fragmentades, de diversos grups d’organismes, com ara foraminífers, coralls, braquiòpodes, mol·luscs, etc. A més del carbonat de calci, les calcàries contenen sovint una petita proporció de minerals acompanyants d’origen detrític: quars i minerals de l’argila, hematites, pirita, etc., i també matèria orgànica.

Les calcàries són roques compactes, difícils de trencar amb el martell i de duresa feble (grau 3 en l’escala de Mohs; es ratllen bé amb la punta del martell o d’un clau). En ser atacades amb l’àcid clorhídric, les calcàries es dissolen amb facilitat i produeixen una intensa efervescència a causa del despreniment de gas carbònic. Les calcàries són lleugerament solubles en aigua carregada de gas carbònic: les aigües de pluja originen en els massissos calcaris processos lents de dissolució i precipitació del carbonat de calci que es coneixen amb el nom de carstificació i que originen morfologies superficials i subterrànies molt característiques, com el rascler, les dolines, els avencs, les coves, etc. Les estalactites són concrecions calcàries cilíndriques que pengen del sostre de les coves, mentre que les estalagmites creixen damunt el sòl d’aquestes.

En moltes calcàries els fòssils són els components predominants, fins al punt que algunes són agrupacions de fòssils cimentats. La calcària nummulítica, o pedra de Girona, està formada per nummulits (organismes marins unicel·lulars que van viure fa desenes de milions d’anys). cimentades per carbonat de calci. Les calcàries d’alveolines, de crinoïdeus, de rudistes, etc., són altres bons exemples de calcàries fossilíferes.

Les lumaquel·les són calcàries formades majoritàriament per closques, senceres o fragmentades, de mol·luscs lamel·libranquis i gasteròpodes, units per un ciment carbonàtic.

Els esculls són dipòsits o grans estructures carbonàtiques marines originades per l’activitat constructora d’organismes colonials, com els coralls.

Els travertins són calcàries continentals que s’originen per precipitació de carbonat de calci al voltant de la vegetació pròpia de medis fluvials, lacustres i tolls d’aigua.

La creta és una calcària blanca o grisa constituïda per closques de foraminífers i radiolaris, restes d’algues planctòniques, espícules d’esponges, etc.

Els estromatòlits són dipòsits carbonàtics laminars, sovint de forma columnar, originats per l’activitat metabòlica de cianobacteris i bacteris. Es coneixen fòssils des de fa més de 3000 milions d’anys.

Les calcàries són roques amb aplicacions industrials importants, especialment en construcció. Des de fa segles es fan servir per obtenir la calç, emprada per pintar i desinfectar. Són la primera matèria en la fabricació del ciment, material aglomerant bàsic en la construcció. Diferents tipus de calcàries, especialment les que contenen fòssils, o les de coloració més uniforme, són molt preuades com a roques ornamentals.

ROQUES EVAPORÍTIQUES

Són roques sedimentàries que s’originen per precipitació química inorgànica de les sals dissoltes principalment a l’aigua del mar i llacs salats a causa d’una intensa evaporació. La majoria estan compostes per un sol mineral, com l’halita (clorur de sodi), el guix (sulfat de calci hidratat), l’anhidrita (sulfat de calci), la silvita (clorur de potassi), etc. Es coneixen nombrosos minerals evaporítics, cadascun d’ells originats en condicions concretes i que precipiten d’acord amb la seva solubilitat.

La formació d’evaporites requereix l’existència de masses d’aigua amb abundants sals dissoltes (com l’aigua de mar, la de certs llacs o la de llacunes temporals de zones àrides), unes condicions climàtiques àrides que afavoreixin l’evaporació i que la pèrdua d’aigua per evaporació no sigui totalment compensada por l’aportació de noves aigües. En aquestes condicions es formen les salmorres, és a dir masses d’aigües amb grans quantitats de sals en dissolució, que fàcilment arriben a la saturació i a la precipitació d’aquestes.

Les evaporites són roques poc denses i de comportament plàstic, que es deformen amb facilitat.

A les salines artificials actuals s’extreuen les sals contingudes a l’aigua marina o a l’aigua d’algunes fonts afavorint la seva evaporació en basses poc fondes.

En el grup de les evaporites s’inclouen:

El guix (CaSO4·2H2O) i l’anhidrita (CaSO4)

  • Sulfat de calci hidratat (CaSO4·2H2O), mineral de la classe dels sulfats, que cristal·litza en el sistema monoclínic; de duresa baixa (grau 2 en l’escala de Mohs, es ratlla amb l’ungla), de ratlla blanca, de lluïssor vítria a nacrada, incolor i transparent, però amb coloracions diverses (blanc, gris, groc, marró, etc.) segons les impureses que contingui. Es coneixen nombroses varietats de guix, algunes de les quals són la selenita, el guix nodular, la rosa del desert i l’alabastre.
  • El terme guix també designa una roca sedimentària evaporítica monomineral, formada per guix.
  • El sulfat de calci és, després dels clorurs de sodi i potassi, la sal més abundant a les aigües marines i de nombrosos llacs. Quan aquestes aigües estan sotmeses a una evaporació intensa, les sals dissoltes precipiten i la primera que ho fa és el sulfat de calci.
  • L’anhidrita i el guix , precipiten en condicions de solubilitat força diferents.
  • El guix primari és el que s’origina per precipitació directa del sulfat de calci i no procedeix d’altres formes minerals prèvies, mentre que el guix secundari procedeix de l’anhidrita preexistent. En algunes ocasions, aquest procés d’hidratació es produeix amb un augment de volum de la roca afectada, que es deforma. El guix és un mineral que l’home utilitza des de fa milers d’anys, com es comprova en jaciments arqueològics babilonis i egipcis. Els grecs i els romans el feien servir com a material aglomerant i en la decoració d’interiors i els àrabs el van fer servir molt per decorar les seves construccions.
  • El guix industrial es fabrica a partir de la pedra de guix que, prèviament triturada, es cou a uns 120 ºC, amb la qual cosa es deshidrata parcialment. S’obté d’aquesta manera una pols entre grisa i blanquinosa que, pastada amb aigua, es torna una massa que aviat s’endureix (es diu que s’adorm). Per aquesta propietat, el guix s’utilitza com a material aglomerant. Segons la intensitat de la cocció i les primeres matèries que es fan servir, s’obtenen diferents tipus de guix, amb característiques i aplicacions diverses, com el guix ordinari, el de motlle, l’escaiola, el de pintor, l’hidràulic, l’estuc i el vesolit. El pladur, un material amb moltes aplicacions en construcció, es fabrica a partir del guix. En construcció, a més de com a material aglomerant, el guix es fa servir per enlluir parets interiors i per fabricar el ciment pòrtland.

La sal o halita (NaCl)

  • Clorur de sodi (NaCl), també anomenat sal gemma, és la substància dissolta més abundant a l’aigua de mar.
  • Amb el terme halita es designa indistintament una espècie mineral de la classe dels halogenurs, i una roca sedimentària del grup de les evaporites. L’halita cristal·litza en el sistema cúbic, sovint es presenta en forma de cristalls cúbics, és un mineral força tou (grau 2 en l’escala de Mohs, es ratlla amb l’ungla), incolor i transparent quan és pur, però sovint presenta coloracions diverses, blanquinoses, rosades, vermelloses, etc. a causa de la presència d’impureses. De lluïssor vítria i de densitat al voltant de 2 g/cm. Presenta un característic sabor salat i, de fet, l’halita és la responsable del gust salat de l’aigua de mar. Les aigües marines contenen una quantitat extraordinària de clorur de sodi. La salinitat mitjana de l’aigua del mar, o contingut de sals en dissolució, és de 35 grams per litre. D’aquesta quantitat, el 78 % és clorur de sodi. És a dir, cada litre d’aigua marina conté prop de 28 grans de NaCl.
  • Els principals jaciments d’halita coneguts s’han originat per evaporació de l’aigua d’antics mars i llacs salats i la consegüent precipitació de les sals dissoltes. Aquest procés es produeix en climes càlids quan les masses d’aigües salades no veuen restituïda, per aportacions externes, l’aigua que perden per evaporació. En aquests jaciments l’halita es troba barrejada amb altres evaporites i amb roques argiloses.
  • De fa molt temps, l’home extreu l’halita de l’aigua de mar a les salines, zones litorals on l’aigua de mar s’estanca i s’aïlla per afavorir l’evaporació i la precipitació de les sals. L’halita va ser un dels primers minerals explotats a gran escala per l’home. Des de fa milers d’anys, es fa servir per a l’alimentació humana i del bestiar. Per les seves propietats antisèptiques (impedeix la proliferació de microorganismes responsables de la putrefacció de la matèria orgànica), la sal es fa servir en la conservació d’aliments (salaons i conserves). A la indústria química, l’halita es fa servir per obtenir productes diversos, com el clor, l’àcid clorhídric, la sosa, els detergents i els lleixius.

Les sals potàssiques, com la silvita (KCl), la silvinita (KCl + NaCl) i la carnal·lita (KMgCl3·6H2O).

ROQUES SILÍCIES

Roques sedimentàries, del grup de les roques químiques, bioquímiques i orgàniques, formades essencialment per sílice no detrítica com a resultat d’un procés químic, bioquímic o biològic. El contingut en sílice és superior al 50 %.

Amb freqüència, la sílice d’aquestes roques procedeix de la dissolució de components de certs organismes (diatomees, radiolaris, etc.) i de la seva posterior precipitació. En altres ocasions, la sílice pot procedir de la dissolució d’altres roques i d’emissions volcàniques.

Sovint es designen amb el nom de sílex o cherts. El grup inclou el sílex, les lidites, els jaspis, les diatomites, etc.

A causa de la seva gran duresa i de les vores tallants, els homes prehistòrics van utilitzar les lidites com a eines de tall.

ROQUES RESIDUALS

Sediments i roques sedimentàries constituïdes per elements de roques preexistents que han sofert una alteració meteòrica in situ, amb rentatge dels elements solubles. En el grup s’hi inclouen, entre d’altres, el sauló, procedent de la meteorització de les roques granítiques, les bauxites i el caolí.