TEMA 5. METAMORFISMO. LAS ROCAS METAMÓRFICAS MÁS IMPORTANTES.

Introducción

 

El Metamorfismo es el proceso que completa el Ciclo de las Rocas, actuando como un vínculo fundamental entre la dinámica interna (magmatismo y tectónica de placas) y la formación de la litosfera. Consiste en la transformación físico-química de rocas preexistentes (ígneas, sedimentarias o incluso otras metamórficas) cuando son sometidas a condiciones de Presión (P), Temperatura (T) y/o actividad de Fluidos químicamente activos, diferentes a las de su formación, pero sin llegar a la fusión total (magmatismo).

El estudio de las rocas metamórficas (pizarras, mármoles, gneises) es esencial porque son “testigos” fósiles de los grandes eventos geológicos: las colisiones continentales, la formación de cadenas montañosas (orogenias) y el movimiento de las placas.

Bajo el marco de la LOMLOE (Ley Orgánica 3/2020) y sus Reales Decretos (RD 217/2022 y RD 243/2022), este tema debe servir para desarrollar la Competencia STEM a través del análisis de las relaciones causa-efecto (P-T) que generan la estructura de la materia, y la Competencia Ciudadana y Ecosocial al estudiar los recursos geológicos asociados (pizarras de tejado, mármoles de construcción) y su impacto territorial.

 

1.     Metamorfismo: Factores y procesos clave

 

El metamorfismo ocurre típicamente entre 200ºC (límite inferior, donde cesa la diagénesis) y la temperatura de solidus (fusión inicial) de la roca (límite superior, donde comienza el magmatismo).

1.1.           Factores del Metamorfismo

 

Tres factores primarios actúan en combinación para inducir la transformación:

1. Temperatura (T): Aumenta el movimiento atómico y la energía de reacción. Es el factor dominante para la recristalización (crecimiento de nuevos cristales, como la formación de Granate).
   • Fuente: Gradiente geotérmico (25-30ºC/km), intrusiones magmáticas (metamorfismo de contacto) o fricción en fallas.
2. Presión (P):
   • Presión Litostática: Presión uniforme (igual en todas direcciones) debido al peso de las rocas suprayacentes. Aumenta con la profundidad y provoca la reducción de volumen de los minerales.
   • Presión Dirigida (Esfuerzo Diferencial): Presión no uniforme (mayor en una dirección). Causa la deformación de los minerales, la reorientación y el desarrollo de foliación (textura planar). Es clave en el metamorfismo regional.
3. Fluidos Químicamente Activos: Agua y CO₂ (fluidos metamórficos) liberados por la deshidratación de minerales. Estos fluidos actúan como catalizadores o disolventes, facilitando la migración iónica y la formación de nuevos minerales. Este proceso se conoce como Metasomatismo (cambio significativo de composición).

 

1.2.           Minerales y Grado Metamórfico

 

A medida que aumentan P y T, la roca progresa a un grado metamórfico más alto.

• Minerales Índice (o Isógradas): Son minerales que aparecen bajo condiciones P-T muy específicas, marcando la frontera de una zona metamórfica. Por ejemplo, en una lutita, la aparición secuencial de Clorita, Biotita, Granate, Estaurolita, y Silimanita indica un metamorfismo progresivo (de menor a mayor grado).

 

1.3.           Texturas Metamórficas: Foliación

 

La foliación es la textura más distintiva, resultado de la Presión Dirigida. Implica la orientación paralela de los minerales planares (Micas, Clorita) o alargados.

1. Pizarrosidad: Foliación más simple, típica de bajo grado. Rotura en láminas finas y planas (Pizarra).
2. Esquistosidad: Orientación más marcada, producida por el crecimiento de micas visibles. La roca se rompe en planos irregulares y brillantes (Esquisto).
3. Bandeado Gnéisico: Foliación de alto grado. Los minerales se segregan en bandas claras (félsicas: Cuarzo y Feldespato) y oscuras (máficas: Biotita y Anfíbol) (Gneis).
4. No Foliada (Granoblástica): Ausencia de presión dirigida o composición monominerálica. Los cristales son equidimensionales (Mármol, Cuarcita).

 

1.4  Tipos de Metamorfismo y Tectónica de Placas

 

El ambiente tectónico define las condiciones P-T y, por tanto, el tipo de metamorfismo:

Tipo de Metamorfismo	Factor Dominante	Ambiente Tectónico	Rocas Típicas
Regional (o Dinamotérmico)	Alta P. Dirigida + Alta T	Colisión continental (Orogenia)	Pizarra, Esquisto, Gneis
de Contacto (o Térmico)	Alta T (local)	Intrusiones magmáticas	Cornubianita (Hornfels), Mármol
Hidrotermal	Fluidos calientes	Dorsales oceánicas, volcanes	Alteración de minerales (serpentinización)
de Alta Presión – Baja Temperatura (HP-LT)	Muy Alta P + Baja T	Zonas de Subducción (Rocas Azules, Eclogitas)	Rocas con Glaucofana

 

2.     Las rocas metamórficas más importantes

 

Se clasifican según su textura (foliada vs. no foliada) y composición (roca madre o protolito).

Textura	Protolito	Roca Metamórfica	Mineralogía Dominante
Foliada (Bajo Grado)	Lutitas, Pizarras	PIZARRA	Clorita, Moscovita, Cuarzo
Foliada (Medio Grado)	Pizarras, Lutitas	ESQUISTO	Moscovita, Biotita, Granate
Foliada (Alto Grado)	Granito, Esquisto	GNEIS	Cuarzo, Feldespato, Biotita, Silimanita
No Foliada	Caliza o Dolomía	MÁRMOL	Calcita o Dolomita
No Foliada	Arenisca de Cuarzo	CUARCITA	Cuarzo (recristalizado)
Especial (HP-LT)	Basalto	ECLOGITA	Granate (rico en piropo), Onfacita

 

Relevancia Socio-Económica (Aplicación Ecosocial):

 

• Pizarra: Usada históricamente para cubiertas de tejados por su perfecta pizarrosidad (Ejemplo: La Pizarra de Valdeorras, Galicia, un recurso económico clave).
• Mármol: Roca ornamental por excelencia (Ejemplo: Mármol de Macael, Andalucía).
• Minerales Tecnológicos: La transformación de rocas metamórficas genera yacimientos importantes. Por ejemplo, algunos depósitos de grafito de alta calidad (esencial en baterías de litio y lubricantes) se forman por metamorfismo de carbón o rocas ricas en carbono.

 

Aplicación didáctica

 

El metamorfismo requiere modelizar las condiciones extremas de P y T, y su aplicación en la construcción de las cadenas montañosas.

 

Competencias Específicas Clave:

 

• ESO (RD 217/2022): CE.BG.2 (Interpretar la Tierra como sistema dinámico), CE.BG.6 (Identificar la materia y sus propiedades).
• Bachillerato (RD 243/2022): CE.BG.2 (Relacionar procesos geológicos con evolución), CE.BG.4 (Análisis integrado de riesgos y recursos).

 

Ejemplo de Aplicación 1: 4º ESO – “El Gradiente de Foliación”

 

• Metodología: Indagación y Comparación de Muestras.
• Situación de Aprendizaje (SA): “Tenemos 4 rocas que provienen de una lutita. El objetivo es ordenarlas según el grado de metamorfismo (de menor a mayor) y determinar su uso potencial como material de construcción.”
• Desarrollo:
  1. Observación y Hipótesis: El alumnado examina muestras (Lutita $\rightarrow$ Pizarra $\rightarrow$ Esquisto $\rightarrow$ Gneis). Hipótesis: La rocosidad (facilidad de fractura) y el tamaño del grano aumentan con el grado.
  2. Experimentación:
     • Tacto y Brillo: El Esquisto es más brillante (micas más grandes) que la Pizarra.
     • Morfología: Se les pide que intenten romperlas. La Pizarra se rompe en planos perfectos (Pizarrosidad). El Gneis se rompe de forma más masiva, siguiendo las bandas (Bandeado gnéisico).
  3. Síntesis: Usando diagramas P-T, se les muestra el camino recorrido por cada roca, relacionando la profundidad (P) y la temperatura (T) con la textura y el mineral índice (la Pizarra es de grado bajo, el Gneis de grado alto).
• Recursos: Kits de muestras de rocas metamórficas, diagramas esquemáticos P-T, lupa de mano.
• Evaluación: Capacidad para establecer la secuencia de un proceso evolutivo (metamorfismo progresivo) a partir de la observación de propiedades físicas (STEM 1, STEM 2).

 

Ejemplo de Aplicación 2: 1º Bachillerato – “Decodificando una Orogenia”

 

• Metodología: Aprendizaje Basado en Problemas (ABP) / Modelización.
• Situación de Aprendizaje: “Somos geólogos de campo en la Sierra de Guadarrama (Sistema Central). Encontramos una secuencia de rocas: Pizarras con Clorita, Gneis bandeado y Mármol. ¿Cómo podemos reconstruir la historia de colisión de esta zona?”
• Desarrollo:
  1. Investigación de Contexto (TIC y Competencia CD): Los alumnos investigan el contexto geológico del Sistema Central (orogenia Hercínica, posterior elevación Alpina).
  2. Análisis P-T: Se les proporciona un diagrama P-T real y la estabilidad de los minerales índice (Clorita, Sillimanita). El grupo debe dibujar el trayecto P-T más probable (ascenso y descenso) que haya generado esa secuencia de rocas.
     • El Gneis (alto grado) se formó a gran profundidad y T (durante la colisión).
     • El Mármol (roca no foliada) indica metamorfismo de contacto o de baja deformación sobre una caliza.
  3. Modelización: Utilizan materiales maleables (ej. arcilla o plastilina) para modelar la diferencia entre: a) Metamorfismo de Contacto (calor puntual) y b) Metamorfismo Regional (aplastamiento y calor generalizado).
  4. Producto Final: Un mapa geológico interpretativo del área de estudio, con una leyenda que conecta cada roca metamórfica con una fase de la orogenia Hercínica.
• Recursos: Diagramas P-T, mapas geológicos simplificados del Sistema Central, recursos web (IGME, CSIC).
• Evaluación: Capacidad para integrar datos de composición, textura y P-T para inferir la historia geológica de una región (STEM 4) y utilizar modelos para representar procesos complejos.

 

Conexión interdisciplinar y orientación vocacional

 

El metamorfismo es crucial en la interconexión STEM:

• Física y Química: El cambio de fase de los minerales es pura termodinámica. La Presión Dirigida y la deformación son conceptos de la Mecánica de Sólidos. El equilibrio de fases de los minerales se estudia en termoquímica.
• Tecnología e Ingeniería: Las rocas metamórficas (mármoles, pizarras) son materiales de construcción de alto valor añadido. La Ingeniería Geotécnica debe conocer las discontinuidades (foliación) en gneises y esquistos para la construcción de túneles y grandes obras (Ejemplo: análisis de estabilidad de macizos rocosos en la Beticas o el Sistema Central).
• Medio Ambiente: El metamorfismo hidrotermal está ligado a la alteración mineral que fija o moviliza contaminantes y gases de efecto invernadero (carbonatos).

 

Orientación Vocacional:

 

• Geología Estructural: Estudio de las deformaciones y la génesis de las cadenas montañosas.
• Ingeniería de Materiales: Uso de rocas metamórficas como materiales de construcción y ornamentales (mármol, pizarra).
• Petrología: Investigación de las condiciones P-T que formaron las rocas.
• Arqueología y Patrimonio: Estudio de canteras antiguas de mármol o pizarra para reconstruir rutas comerciales y técnicas constructivas históricas.

 

Conclusión

 

El metamorfismo, lejos de ser un proceso estático, es el resultado dinámico de la respuesta de la materia a los esfuerzos de la Tierra. El estudio de las rocas metamórficas nos proporciona información esencial sobre las condiciones de P y T que existieron a grandes profundidades, permitiendo a los geólogos reconstruir la historia de las orogenias (colisiones continentales) y los grandes episodios tectónicos.

Para el alumnado, este tema es fundamentalmente un ejercicio de deducción: la textura y el mineral indican la historia. Al aplicar metodologías activas (como el análisis de muestras de foliares o el estudio de casos como Guadarrama), se desarrolla un pensamiento científico que conecta la micro-escala (crecimiento cristalino) con la macro-escala (formación de montañas), preparando a ciudadanos con la capacidad de comprender y gestionar los recursos y riesgos geológicos de su entorno.

Normativa y Bibliografía

 

• Ley Orgánica 3/2020, de 29 de diciembre (LOMLOE).
• Real Decreto 217/2022, de 29 de marzo (Enseñanzas mínimas ESO).
• Real Decreto 243/2022, de 5 de abril (Enseñanzas mínimas Bachillerato).
• Philpotts, A. R., & Ague, J. J. (2022). Principles of Igneous and Metamorphic Petrology. Cambridge University Press.
• Instituto Geológico y Minero de España (IGME-CSIC). Mapas Geológicos de España (MAGNA). Esencial para contextualizar la orogenia y el metamorfismo regional.
• Anguita, F. (Última edición). Geología: Procesos Internos. Ed. Rueda.
• Tarbuck, E. J., Lutgens, F. K., & Tasa, D. G. (Última edición). Ciencias de la Tierra: una introducción a la geología física. Pearson Educación.