AMBIENTES DE SEDIMENTACIÓN CARBONATADA

            Los diferentes tipos de ambientes donde se lleva a cabo los depósitos carbonatados incluyen: marinos, lacustres, depósitos de caliche o calcreta, agua dulce , espeleotemas y carbonatos eólicos.

AMBIENTES MARINOS

            El ambiente marino somero carbonatado presenta una distribución global actual restringida comparada con los períodos geológicos de la historia  de la Tierra. Mares carbonatados tan extensos como los que existieron durante el Ordovícico, Devónico, Mississíppico y Cretácico no existen actualmente.

            Existen diferencias fundamentales entre los depósitos carbonatados terrígenos y marinos. Mientras que los terrígenos son producto del intemperismo químico y físico de las rocas preexistentes que han sido transportados a la cuenca de depósito, los sedimentos carbonatados marinos se derivan de una precipitación “in situ” dentro de la misma cuenca.

            En el ambiente marino hay una producción considerable de carbonato permaneciendo la mayor parte en el lugar donde se precipitó, debido a la presencia de organismos que no solo secretan el CaCO3, sino que también lo utilizan para la construcción de sus conchas o esqueletos (Fig. 1). Sin embargo, es importante considerar que parte del sedimento carbonatado producido en el ambiente marino, puede llegar a sufrir un cierto transporte por la acción del viento, oleaje, corrientes, etc., ya sea a áreas continentales, al borde de la plataforma o a las profundidades marinas.

 

Constituyentes

A

B

C

Algas calcáreas

22.8

25.1

18.0

Moluscos

15.8

17.5

12.2

Foraminíferos

11.7

9.0

17.3

Corales

9.0

9.3

8.2

Espículas

3.6

4.3

2.1

Tubos de gusanos

1.8

1.4

3.0

Crustáceos

1.2

1.4

0.7

Briozoarios

0.3

0.4

Trazas

Limo

13.2

13.9

11.7

Arcilla con (agujas aragoníticas)

10.2

7.8

14.8

Minerales (> cuarzo)

2.8

3.9

0.5

CaCO3

5.5

5.3

6.0

Oolitas

0.8

0.4

1.6

Pellets

1.3

Trazas

3.8

Agragados

0.2

---

0.8

Total

100.2

99.7

100.7

 

Fig. 1      Distribución de constituyentes de los sedimentos carbonatados modernos. A) 50 muestras de Florida y 24 de Las Bahamas. B) 50 muestras de Florida. C) 24 muestras de Las Bahamas. Modificada de Pettijhon (1975).

 

            En general, las plataformas de ambientes carbonatados se desarrollan en áreas donde el influjo de terrígenos no existe o es mínimo; una de las razones por las que actualmente existen solo algunas de éstas. El aporte de terrígenos en la mayor parte de las márgenes continentales afecta directamente el crecimiento de los organismos productores de carbonatos, especialmente en los constructores de arrecifes. Como resultado, los arrecifes se desarrollan en áreas donde no existe una fuente de terrígenos, como es el caso del Golfo Pérsico, la Plataforma de Yucatán y las Bahamas. En estas plataformas existe un equilibrio dinámico entre la producción de carbonatos y la subsidencia, para permitir acumulaciones gruesas y mantener la profundidad adecuada para favorecer continuamente el aporte de CaCO3.

Características del ambiente marino.- El ambiente marino se divide en dos zonas (Fig. 2): A) La zona bentónica que incluye el piso o fondo oceánico, desde la línea de costa hasta las profundidades mayores. Las formas marinas que viven, ya sea fijas al sustrato, deslizándose, como enterradores o nadadores, se les conoce como organismos bentónicos. Dentro de ésta misma, la zona de litoral yace entre la marea alta y baja, la zona de sublitoral sobre la plataforma continental y la zona batial sobre el talud continental; la zona abisal corresponde a las planicies abisales y la hadal a las trincheras. B) La zona pelágica representa  la porción acuosa de los mares. Dentro del ambiente pelágico, la zona nerítica es el cuerpo de agua que cubre desde la zona costera hasta los límites de la plataforma continental, y la zona oceánica es aquella que está asociada con las profundidades mayores en las cuencas oceánicas.

 

Fig. 2      Perfil esquemático mostrando las subdivisiones ecológicas tanto del piso oceánico como del cuerpo de agua. Simplificado de Friedman (1978).

 

Procesos químicos y físicos.- La composición del agua de mar a través de los océanos es más o menos constante; aunque muchos elementos han sido identificados, solo seis iones forman el 99% del volumen de agua de mar (Fig. 3). Los elementos más abundantes son el Cl y el Na, por lo que la composición química de agua se exprese generalmente en medidas de cualquiera de estos dos iones.

 

Ion

Proporción(%)

Cl-

55.1

Na+

30.6

SO42-

7.7

Mg2+

3.7

Ca2+

1.2

K+

1.1

Total

99.4

 

Fig. 3      Iones predominantes en las aguas marinas. Tomada de Friedman (1978)

 

Una expresión de la composición química del agua marina es la salinidad, la cual es comúnmente expresada como partes por mil (o/oo). La salinidad promedio es de 35 o/oo y puede variar de lugar en lugar. Mientras que un aporte constante de agua dulce por medio de los ríos y la lluvia reduce la salinidad, la evaporación en climas áridos la aumenta. Otra de las características químicas importantes del agua marina que influyen en el depósito de carbonato de calcio incluyen: el Ph, la cantidad de gases disueltos (O y OH) y el Eh.

El Ph es el logaritmo negativo de base 10 del ión hidrógeno de una solución y representa la medida cuantitativa que determina si una solución es alcalina o ácida. El Ph del agua de los ríos es de ligeramente alcalino a ligeramente ácido; mientras que el Ph en la superficie del agua del mar tiende a ser casi constante con un valor de 8.3. Cuando el Ph disminuye en el agua de mar, el carbonato de calcio se disuelve, por lo que en aguas cálidas y mares someros la disolución de la aragonita y la calcita por procesos inorgánicos casi no se presenta (Fig. 4).

 

Fig. 4      Efectos del pH (aproximadamente 25 grados C) sobre la solubilidad del CaCO3, cuarzo y la sílica amorfa. Modificada de Friedman (1978).

 

En lo que respecta a la cantidad de gases disueltos, se ha demostrado que al aumentar la profundidad, el carbonato de calcio se disuelve ya que la concentración de CO2 aumenta y el Ph disminuye, llevándose a cabo dicha acción.

El Eh o potencial redox es una medida relativa de la intensidad de oxidación o reducción en solución, esto es, la concentración de electrones en una solución. Aunque los procesos de oxido-reducción son comúnmente biológicos, otros son más bien químicos. En los ambientes sedimentarios, el Eh y el Ph son interdependientes, por lo que conociendo los límites de estabilidad del agua, se puede trazar en un diagrama el Eh como ordenada y el Ph como abscisa y mostrar los campos para cada uno de éstos.

La producción de sedimentos carbonatados ocurre típicamente en regiones cálidas, someras y en latitudes bajas; sin embargo, su producción también se puede dar en climas más fríos. En base a posiciones latitudinales se reconocen dos grupos dominantes de organismos, mientras que los tropicales incluyen a los corales y las algas verdes, los de latitudes altas incluyen a los moluscos y foraminíferos, considerando también a los corales ahermatípicos de aguas frías.

Los procesos físicos tales como la fotosíntesis, la respiración, la evaporación, la lluvia y el aporte de agua dulce por ríos, afecta la producción de carbonatos. A estos procesos se le agregan la gravedad, el oleaje, las mareas, las corrientes y la bioturbación.

Tipos de ambientes carbonatados recientes.- De acuerdo a las facies sedimentarias dominantes se presentan cinco tipos de ambientes: armazón de arrecifes orgánicos, sedimentos arrecifales y acumulaciones de sedimentos, bancos orgánicos, acumulaciones de lodo calcáreo y planicies de mareas o sabkas.

1)     Armazón de arrecifes orgánicos.- El término arrecife se define como un armazón carbonatado resistente al oleaje. Términos relacionados son biostroma y bioherma. El primero se refiere a una acumulación de restos biogénicos en capas ( p.e. crecimiento de algáceos); mientras que el segundo se refiere a una acumulación “in situ” de organismos sedentarios a veces formando montículos. Consecuentemente, no todos los arrecifes son biohermas.

El rango anual de temperatura en los arrecifes actuales es de 15 a 32; mientras que el de la salinidad está entre 35,000 y 37,000 ppm. El rango relativamente pequeño de salinidad es característico de áreas marinas con abundancia de organismos, ya que la mayor parte de éstos son muy sensibles a los cambios de salinidad y no pueden sobrevivir a éstos por un tiempo largo.

La flora calcárea de los arrecifes está dominada por dos familias de algas: las verdes (Codiacea) y las rojas (Corallinacea)(Fig. 5). La fauna es extremadamente variada y consiste principalmente de corales, moluscos, equinodermos, foraminíferos, anélidos, briozoarios y crustáceos.

 

Fig. 5     Ecología de las algas marinas calcáreas. Se presentan los ambientes de depósito a lo largo de un perfil ideal de un margen de plataforma carbonatada. Modificada de Wilson (1975).

 

En general, el arrecife está dividido en tres partes principales (Fig. 6): 1) El frente del arrecife es el área de crecimiento del arrecife bajo la profundidad efectiva de penetración de la luz (0-50 metros dependiendo de la latitud y la turbidez del agua). El sedimento en esta parte del arrecife está compuesto de gravas pobremente clasificadas y arenas derivadas de la desintegración arrecifal. En las partes más bajas hay una cementación por cristales de carbonato fibroso, mientras que en las porciones superiores la cementación se lleva a cabo por un crecimiento algáceo. 2) El arrecife principal consiste de una serie de arrecifes vivientes y montículos rocosos separados por áreas de aguas más profundas en donde se generan una serie de rizaduras en las gravas y arenas carbonatadas. Son arrecifes típicos de diferente relieve topográfico arriba de los 20 metros. Los principales elementos estructurales son los corales del tipo Acropora palmata, los cuales crecen casi 2 centímetros por año, así como detritos de grava y arena de acumulaciones de otros corales e hidrozoarios del tipo Millepora alcicornis, además de algas incrustantes. 3) la parte posterior del arrecife es la que se ubica hacia el continente en la cual el piso marino está tapizado de carpetas algales  o de parches arrecifales. Las primeras son del género Thalassia y proporcionan un habitat protector a una gran variedad de algas calcáreas (Halimeda, Penicillus y Goniolithon) y corales (Porites).

 

Fig. 6      Sección esquemática mostrando los ambientes de depósito principales en las inmediaciones de un arrecife. Modificada de Friedman (1978).

 

2)     Sedimentos arrecifales. Una de las características más sobresalientes de los sedimentos arrecifales es su origen biogénico exclusivo. El total de sedimentos producidos se deriva de cinco grupos principales de organismos: corales, algas coralinas, algas verdes, foraminíferos y moluscos. Así mismo, se presentan variaciones locales en partículas no biogénicas como ooides e intraclastos. Los sedimentos arrecifales incluyen también partículas carbonatadas acumuladas en bancos o apiladas por transporte físico, principalmente en barras, dunas y planicies deltaicas. 

Aunque la arena es el tamaño de grano más abundante en el arrecife, también se encuentran gravas pobremente clasificadas. La textura del sedimento arrecifal es el resultado de tres factores principales: el tipo de organismos que construyen el armazón, la actividad del oleaje y la desintegración producida por los mismos organismos.

La desintegración biogénica del material arrecifal es una contribución importante para el volumen y la textura de estos sedimentos. Numerosos organismos se alimentan del arrecife produciendo pellets que forman también parte de los sedimentos. Otros, como el erizo y la estrella de mar, son destructores ya que“raspan” constantemente la superficie arrecifal. Por otro lado, los holotúridos o “pepinos de mar”, se alimentan de las partículas disgregadas en el piso marino. Además, se considera a los gasterópodos como los principales productores de pellets. Los organismos horadantes como pelecípodos, bacterias, esponjas y algas, contribuyen no solo a desintegración del sedimento, sino que también a la textura del arrecife.

Dentro de las acumulaciones actuales son comunes los ooides, los cuales se encuentran en flujos constantes y niveles altos de agitación. Los ooides se forman a profundidades menores a los 5 metros, algunas veces en áreas de intermarea, a lo largo de las plataformas (Bahamas) o cerca de los canales de marea (Costa Trucial del Golfo Pérsico); por lo que las corrientes de marea son los procesos dominantes para las facies oolíticas.

Las acumulaciones eólicas en ambientes subaéreos son comunes a lo largo de una plataforma carbonatada costera, y guardan una similitud con las acumulaciones terrígenas en morfología y estratificación interna. Ocurren con cualquier otro tipo de sedimento que se genera sobre el nivel del mar. Las secuencias de este tipo que llegan a cementarse se les conoce como eolianitas. Actualmente se presentan en las Bahamas, en las Bernudas, en la Península de Yucatán y en la costa sureste de Australia.

3)     Bancos orgánicos.- Las partículas detríticas biogénicas pueden acumularse por la acción del oleaje y corrientes, así como por entrampamiento especialmente por organismos bentónicos. Estos bancos orgánicos muestran una gran diversidad de formas y tamaños, dependiendo de la profundidad del agua, procesos locales, influjo terrígeno, etc. Las partículas esqueletales incluyen: equinodermmos, moluscos, algas, foraminíferos, briozoarios y corales. Los foraminíferos planctónicos llegan a ser abundantes en la plataforma externa y son buenos indicadores para determinar la profundidad. La bioturbación es muy intensa, excepto en las marcas de oleaje y en la estratificación cruzada cuando éstas se presentan en los depósitos.

Estos bancos pueden ser locales y solo de algunos metros de espesor; aunque pueden extenderse por cientos de kilómetros y acumularse cientos de metros de sedimentos carbonatados. Ejemplos de este tipo de depósito han sido interpretados para el Devónico y el Cretácico.

4)     Acumulaciones de lodo calcáreo.- Áreas extensas de lodo calcáreo se presentan en ambientes modernos y probablemente estuvieron ampliamente distribuidos en el pasado. El mineral primario es la aragonita y se presenta como granos en forma de agujas y algunas micras de largo. Son comunes en áreas marinas someras protegidas del oleaje y corrientes, a una profundidad menor a los 4 metros.

El sustrato en estos ambientes es más bien estable con una capa gruesa de carpetas algáceas (Thalassia) y algas verdes (Penicillus, Halimeda). Son comunes también moluscos, los cuales constituyen la fracción más gruesa del sedimentos. Aunque el sedimento está dominado por lodo, hay una fracción más gruesa de arenas finas.

Algunos autores consideran que el lodo es derivado principalmente del alga Penicillus, la cual produce partículas de aragonita en forma de aguja; sin embargo, la desintegración de conchas de moluscos puede producir el mismo efecto.

Típicamente estos depósitos presentan una bioturbación intensa por infauna y raíces. El resultado es una facies lodosa, masiva y sin estructura.

Áreas extensas de plataformas están formadas por acumulaciones de pellets ovoides de probable origen fecal; sin embargo, debido a las alteraciones diagenéticas y dificultades en determinar el origen, estas estructuras se han denominado con el término peloide o peletoide.

Lodos calcáreos someros dominan actualmente los ambientes carbonatados de los bancos de las Bahamas y la bahía de Florida.

5)     Planices de marea y Sabkas.- Dentro de los ambientes carbonatados, este término se emplea para aquellos ambientes de intermarea en general; mientras que el término sabka representa planicies de mareas controladas por el viento y el nivel del agua subterránea. En el Medio Oriente, vientos fuertes remueven los sedimentos detríticos del ambiente de intermarea a menos de que guarde cierta coherencia por humedad.

Las mareas producidas por el viento forman un aspecto importante para la dinámica de estas planicies, en las cuales son comunes: carpetas algáceas, huellas de desecación, minerales evaporíticos y dolomita. Como resultado de la evaporación alta así como de la influencia marina, salinidades extremas dan lugar a la precipitación de yeso.

La característica más notable de estos ambientes es el desarrollo de algas estromatolíticas, tal como ocurre en la Bahía de Shark al oeste de Australia, que representa la mejor localidad de estudio para este tipo de algas, las cuales son muy comunes en el registro geológico y se considera como una de las estructuras orgánicas más antiguas que se conocen (Fig. 7). El margen oeste de la isla de Andros en el Banco de la Gran Bahama, es una de las planicies de marea carbonatada más extensas del mundo, ya que se extiende más de 150 kilómetros en dirección norte-sur. Esta costa se caracteriza por una energía baja y mareas lunares de 17 a 41 centímetros en primavera.

 

Fig. 7      Formas estromatolíticas en el oeste de Australia. Cada cuerpo tiene una altura de 30 a 40 cms. Tomada de Mcray (1977).

 

El sabka se desarrolla como resultado del depósito de lodo calcáreo y detritos biogénicos por procesos diagenéticos primarios. El crecimiento de minerales evaporíticos como el yeso y la anhidrita, junto con la dolomita, juegan un papel importante en la formación de estos los depósitos. Aguas subterráneas llegan a saturarse para generar el yeso y pueden generar la precipitación de halita en superficie.

El sureste del Golfo Pérsico está limitado por planicies carbonatadas extensas de intermarea y supramarea o sabkas costeros. El sabka mejor conocido es el que se extiende casi 200 kilómetros a lo largo de la costa de Abu Dhabi.

 

AMBIENTES CONTINENTALES

            Los ambientes continentales están representados por el depósito de tufas, travertinos (calizas formadas por evaporación en manantiales y ríos) y margas.

            La tufa es un material fino, poroso y esponjoso que se presenta como un depósito delgado. Los carbonatos son depositados sobre las plantas en crecimiento y comúnmente se marcan impresiones de hojas o tallos, en una estructura reticular y débil. Estos sedimentos están restringidos principalmente a depósitos cuaternarios. La tufa más densa y durable se encuentra actualmente asociada con lagos ligeramente hipersalinos, como el lago piramid de Nevada y el lago Bonneville. Algunos depósitos de tufa forman montículos o domos a lo largo de lagos someros antiguos.

            El travertino es una caliza más densa y bandeada, común en las cavernas calcáreas donde se forman las estalactitas y estalagmitas. Al igual que la tufa, está asociado a depósitos relativamente pequeños del reciente. Las aguas calcáreas frías o calientes en los manantiales, pueden llegar a formar depósitos de calcita alrededor de éstos. Las localidades más famosas por presentar este tipo de calizas son Mammoth, Hot Springs y el Parque Yellowstone en Estados Unidos.

            Las margas son carbonatos débilmente cementados que se acumulan actualmente en lagos de agua dulce. Ciertas plantas como el Chara, típica de este tipo de lagos, pueden obtener el bióxido de carbono por fotosíntesis en solución, precipitando el carbonato de calcio como una corteza en las hojas o tallos de las plantas. Esta corteza es extraída lentamente para ser depositada posteriormente en el fondo del lago.

            El caliche se puede encontrar en el registro geológico como nódulos pequeños o capas continuas en las partes superiores de los ciclos aluviales depositados bajo condiciones climáticas áridas. Algunos caliches bajo el microscopio muestran cuerpos pisolíticos en anillos concéntricos de calcita rellenando fisuras; así como en diferentes grados de reemplazamiento de cuarzo detrítico y feldespato en estructuras bandeadas concéntricas semejantes a las estructuras producidas por algas. Este tipo de pseudooncolitos y cuerpos pisolíticos se consideran relacionados a pisolitas de suelos bauxíticos y lateríticos.

            En la zona vadosa (Figs. 8 y 9) se forman láminas grandes concéntricas de algunos centímetros de diámetro unidas por cemento de calcita espática, las cuales pueden cortar a través de la estratificación normal o paralela a ésta. Estas estructuras también son conocidas como “perlas de caverna” en el caliche vadoso de agua dulce.

 

 

Fig. 8      Ambientes diagenéticos para una plataforma solitaria, atolón o margen de plataforma, donde se presenta una isla con la presencia lentes de agua “dulce”. Modificada de Longman (1981).

 

 

 

Fig. 9      Ambientes diagenéticos carbonatados para una plataforma con acuíferos confinados. Modificada de Longman (1981).

 

 

 

 

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