Fundidos de impacto - ERNSTSON CLAUDIN ESTRUCTURAS DE IMPACTO

Fundidos de impacto procedentes de la cuenca de impacto de Rubielos de la Cérida

Fundido silicatado

Las rocas de fundido se presentan como bloques de color blanquecino, poco coherentes, de grano fino, y de tamaño variable (que puede variar desde algunos decímetros hasta 1-2 metros), entremezclados en la megabrecha polimíctica de Barrachina. Dos de estos bloques han sido investigados en detalle (ver imágenes, el difractograma de Rayos-x y la tabla de debajo). Las rocas están formadas principalmente por vidrio blanco lechoso que da lugar a delgados esferoides y a cuerpos lenticulares. Sus diámetros son de aproximadamente 0.5 mm. Un segundo tipo de vidrio, forma una fase subordinada de color gris translúcido y se presenta rellenando los intersticios que quedan entre las partículas de vidrio blanquecino. El vidrio constituye más del 90% de la roca considerada. Estos datos quedan reflejados en las distintas “elevaciones” de vidrio amorfo presentes en los difractogramas de rayos-x. Los picos de reflexión del difractograma también indican la presencia, dentro de las masas de vidrio, de algunos relictos de plagioclasa y, en menor cuantía, de cuarzo y mica. Granos de cuarzo, de plagioclasa maclada y ocasionalmente de mica pueden observarse también en las secciones microscópicas de la matriz vítrea. Rara vez los fragmentos de cuarzo muestran rasgos de deformación planar (PDFs), siendo más frecuentes los conjuntos múltiples de fracturas paralelas (PFs). Los granos de feldespato muestran isotropización bajo la forma de conjuntos múltiples de lamelas de maclado isotrópicas y agujeros isotrópicos (cristales diaplécticos), pudiendo llegar a ser en ocasiones completamente isotrópicos (vidrio diapléctico); ambas observaciones son indicativas de picos de presión de choque del orden de 30 GPa (300 kbar) (Engelhardt et al., 1969) (ver Shock metamorphism).

Cuatro muestras de las rocas de fundido fueron analizadas mediante RFA Philips PW1480, y partículas separadas del vidrio de color blanco y grisáceo fueron estudiadas usando una microsonda electrónica CAMECA SX50 con espectrómetros de longitud de onda dispersiva en condiciones operativas de 15 kV de voltaje de aceleración, 15 nA de corriente de haz y un haz desenfocado. Los resultados pueden observarse en la Tabla de debajo. Los contenidos en Mn, Cr, Sc, Co, Ni, Mo y S están por debajo del límite de detección del instrumento respectivo. Los pobres resultados totales de la analítica mediante la microsonda son probablemente debidos a la presencia de H₂O que entró en el vidrio por la meteorización. Si se realiza la corrección para la determinación de LOI, los totales se encuentran cercanos al 100% tal y como se ve en los análisis globales.

Las composiciones de los esferoides de vidrio blanco-lechosos y de las partículas de vidrio intersticiales grisáceas no difieren significativamente. Lo mismo sigue siendo cierto si se procede a comparar los análisis por microsonda y de RFA. Los óxidos mayores son el SiO₂ (entre un 53 y un 59 %) y el Al₂O₃ (alrededor de un 20 %). El contenido de MgO en las partículas de vidrio (alrededor de un 7 %) es un poco mayor que en los análisis de muestras totales (4.8 – 6.1 %). Las diferencias existentes entre los análisis de microsonda y totales pueden deberse a rellenos secundarios de la porosidad o al contenido mineral.

Fig. 1. Fundido silicatado (clasto de color amarillento) en un afloramiento de brecha multicolour que forma parte de la megabrecha de Barrachina.

Fig. 2. Fragmentos de fundido silicatado en arcillitas del Terciario inferior. Megabrecha de Barrachina.

Fig. 3. Cinta de fundido silicatado en la megabrecha de Barrachina.

Fig. 4. Fundido silicatado en contacto con arcillitas grisáceas del Terciario inferior.

Fig. 5. La roca de fundido silicatado bajo el microscopio. La roca se halla compuesta por más de un 90 % de vidrio que forma diminutos esferoides y cuerpos lenticulares. La anchura de campo es de 15 mm.

Fig. 6. Roca de fundido de impacto silicatado vista bajo el SEM. La barra de escala representa 100 µm.

Fig. 7. Roca de fundido de impacto silicatado vista bajo el SEM. La barra de escala representa 10 µm.

Fig. 8. Roca de fundido silicatado bajo el SEM. La barra de escala representa 1 µm.

Imagenes: ZEISS.

Fig. 9. Difractograma de rayos-X de la roca de fundido silicatado. Al lado de los abruptos picos de difracción pertenecientes a la fase de feldespato (f), pueden observarse los amplios picos de la mica (m). Esta amplitud refleja la baja cristalinidad de esta fase. En el intervalo 2-theta comprendido entre los 20º y los 30º, se aprecia un “abultamiento” típico del vidrio, con picos superpuestos de fases de feldespato y mica.

wt.%	white	white	white	white	white	white	mean	wt.%	bulk-1	bulk-2	bulk-3	bulk-4	bulk-5
SiO₂	59,95	59,72	59,38	57,19	59,95	59,18	59,23	SiO₂	56,06	58,13	53,45	54,47	19,78
TiO₂	0,24	0,24	0,21	0,20	0,23	0,20	0,22	TiO₂	0,33	0,34	0,38	0,45	0,24
Al₂O₃	20,75	19,53	19,88	21,30	23,16	18,63	20,54	Al₂O₃	20,91	19,76	20,40	20,96	6,34
MgO	7,26	7,49	7,42	6,14	6,45	8,21	7,16	MgO	5,81	4,77	5,24	6,14	12,62
CaO	0,88	1,04	0,92	0,99	1,09	1,17	1,02	CaO	1,48	1,56	1,72	0,98	22,56
FeO	1,61	1,77	1,62	1,89	1,85	1,73	1,75	FeO	2,00	2,70	2,76	2,49	2,68
Na₂O	1,92	1,87	1,82	1,63	1,56	1,66	1,74	Na₂O	0,48	1,20	0,29	0,48	0,02
K₂O	0,23	0,28	0,27	0,21	0,18	0,26	0,24	K₂O	0,65	1,34	0,45	0,57	1,82
Total	92,84	91,94	91,52	89,55	94,47	91,04	91,89	LOI	10,30	9,24	14,02	11,70	32,91
								Total	98,02	99,04	98,71	98,24	98,97
wt.%	grey	grey	grey	grey	grey		mean	ppm
SiO₂	56,45	56,89	58,05	59,54	57,12		57,61	V	14	21	27	23
TiO₂	0,27	0,21	0,26	0,22	0,25		0,24	Zn	36	46	68	81
Al₂O₃	20,81	19,88	19,66	15,99	22,74		19,82	Ga	35	38	30	33
MgO	6,77	6,34	7,18	6,90	5,93		6,62	Rb	16	38	5	7
CaO	1,14	1,17	1,23	1,24	1,14		1,18	Sr	492	363	327	364
FeO	1,68	2,18	1,63	1,51	1,79		1,76	Y	43	37	32	38
Na₂O	1,42	1,19	1,49	0,79	1,31		1,24	Zr	493	475	491	522
K₂O	0,21	0,28	0,24	0,23	0,19		0,23	Nb	56	50	47	53
Total	88,75	88,14	89,74	86,42	90,47		88,70	Ba	1250	171	48	1034
								Pb	79	238	29	31
								Th	68	59	64	59

Tabla 1. Análisis con microsonda electrónica de las partículas de vidrio blancas y grises obtenidas por separación a partir del vidrio silicatado, en el que se muestra la composición principal. Análisis por fluorescencia de rayos X del preparado de cuatro muestras de vidrio silicatado (preparado-1 a preparado-4) y de un fragmento de fundido que contiene una inclusión procedente de la suevita (preparado-5)

Los oponentes al impacto (geólogos de la universidad de Zaragoza y del centro de Astrobiología de Madrid, E. Díaz- Martínez, A.L. Cortés, y otros) insisten en un origen volcánico para el fundido silicatado, aunque nunca han presentado ningún análisis.

Las rocas de vidrio silicatado de Rubielos de la Cérida son claramente de origen no volcánico, entre otras cosas, por la presencia de clastos intensamente chocados en el fundido. Además, si estas rocas de fundido fueran el remanente de una capa de ceniza deformada, las rocas deberían contener fragmentos piroclásticos y , con respecto a una concentración de SiO₂ “intermedia”, minerales relictos máficos o fragmentos de roca andesítica. Como es evidente, este no es el caso. Más aún, la composición química debería ser similar a la de las andesitas o de las andesitas basálticas. Estas rocas, no obstante, presentan por lo general unos característicos contenidos más bajos en Al₂O₃ y más altos en FeO, CaO y (Na₂O+K₂O) que las rocas de fundido silicatado investigadas (se realizó una comparación de los resultados obtenidos con todos los análisis de rocas volcánicas presentados en Wilson [1989]). Finalmente, destacar que la temperatura de fusión estimada para las rocas investigadas no es igual a las temperaturas presentes en el sistema volcánico andesítico.

Fundido de Carbonato-fosfato

Un tipo muy especial de fundido primigenio fue hallado dentro de la megabrecha de Barrachina. Las rocas de fundido blanquecinas (ver imágenes de debajo) están compuestas de esferoides irregulares de más de 4 mm de tamaño, los cuales se hallan inmersos en una matriz de grano extremadamente fino. Bajo el microscopio, los esferoides están formados por partículas globulares de calcita ameboidal. Éstas muestran un tamaño de grano mayor hacia sus centros y una disminución del mismo hacia los bordes. Se puede observar, de manera regular, una orientación perpendicular de los granos hacia el borde. En el contacto con la matriz se presenta un grano extremadamente fino (ver fotomicrografía de debajo). La matriz de vidrio isotrópico está en parte intensamente saturada de microcristales elongados, pequeños, y a veces de morfología lenticular (flaser), que se orientan a menudo tangencialmente a la pared de las partículas de calcita. La composición global de la roca da unos valores de 52.7 % de CaO, 8.3 % de P₂O₅, y un 1.5 % de BaO (preparado analizado mediante RFA, debajo). A partir de las investigaciones con microsonda, se ha visto que el carbonato de las partículas es calcita pura. La matriz cristalina consiste principalmente de CaO y P₂O₅ (ver la Tabla de debajo), con cantidades menores de F (1.0-2.5 %), S (1.1-2.1 %, si se calcula como SO₃), Cl (0.5-0.8 %) y NaO (0.3-0.6 %). Los pobres totales de los análisis apuntan a grandes cantidades de compuestos ligeros dentro del vidrio Ca-P, presumiblemente H₂O que puede haber entrado en el vidrio durante su alteración. La existencia de cantidades considerables de C o CO₂, no obstante, debe ser tenida en cuenta. Localmente, se observa un fuerte enriquecimiento de Ba y de S a expensas del de CaO y P₂O₅, que baja hasta el de elementos traza o incluso por debajo del límite de detección, mientras que el Al₂O₃ se presenta en concentraciones menores de un 1 %. En parte, el vidrio de Ca-P se halla recristalizado en apatito, como puede comprobarse mediante el análisis por difracción de rayos X. Los picos de difracción de este apatito, son, no obstante, amplios en comparación con los de una fase bien cristalizada (no mostrados aquí), indicando así su baja cristalinidad. La existencia de barita también ha podido comprobarse a partir de los datos del difractograma de rayos X. Esta barita puede presentarse como una fase de grano muy fino dentro de las zonas de la matriz de Ca-P enriquecidas en B y en S, que ha sido detectadas mediante el análisis por microsonda.

Fig. 10. Clasto de fundido de roca de carbonato-fosfato (color blanco) en la megabrecha de Barrachina. El diámetro de la moneda es de 23 mm.

Fig. 11. Fundido de carbonato-fosfato: superficie de rotura.

Fig. 12. Detalle del fundido de carbonato-fosfato: cuerpos de calcita (oscuros) en una matriz de vidrio fosfático (blanco).

Fig. 13. Roca de fundido de carbonato-fosfato: Microfotografía (a nícoles cruzados) de cuerpos de calcita ameboidales sitos dentro de una matriz de vidrio fosfatado (color oscuro). Puede observarse que el tamaño de grano de los cristales individuales de calcita aumenta hacia el centro de los cuerpos. También puede apreciarse que la calcita de la periferia ha crecido obviamente de modo perpendicular al borde a causa de la orientación. En parte, y especialmente a lo largo de los bordes de los cuerpos de calcita, el vidrio fosfatado ha recristalizado para formar apatito (en minerales de formas elongadas, a veces con formas lenticulares (flaser), orientados tangencialmente respecto a los cuerpos de calcita). La anchura de campo es de 6 mm.

Una roca de fundido similar ha sido descrita para la suevita del crater de Ries. En la suevita, las partículas de calcita tienen idéntica estructura y composición comparadas con las rocas de fundido de Barrachina (imagen de debajo), siendo interpretadas por Graup (1999) como productos de enfriamiento a partir de fundido carbonatado. A diferencia de las rocas de fundido de Barrachina, la matriz de las muestras de Ries está formada por vidrio silicatado como resultado de una inmiscibilidad entre los líquidos de carbonato y silicato. En nuestro caso, la roca de fundido exhibe una inmiscibilidad a pequeña escala entre los primigenios fundidos de carbonato y fosfato coexistentes.

Fig. 14. Inmiscibilidad entre líquidos de carbonato y silicato en la suevita del cráter de Ries (Graup, 1999). Microfotografía a nícoles cruzados. La anchura de campo es de 5 mm.

wt.%	1	2	3	4	5	6	mean	bulk
P₂O₅	22,13	21,26	24,47	27,52	32,61	32,42	26,74	8,25
Al₂O₃	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00
CaO	35,83	35,97	37,46	42,93	48,76	51,62	42,10	52,65
BaO	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	0,00	1,47
Na₂O	0,35	0,32	0,46	0,57	0,53	0,55	0,46	0,23
SO₃	1,67	1,15	1,77	2,12	1,47	1,37	1,59	0,92
F	1,57	1,56	1,02	2,26	2,24	2,39	1,84	n.d.
Cl	0,62	0,71	0,50	0,79	0,49	0,55	0,61	n.d.
LOI								34,31
Total	62,18	60,98	65,68	76,19	86,10	88,91	73,34	97,83

Tabla 2. Análisis mediante microsonda electrónica de la matriz vítrea fosfatada, composición principal de esta matriz, y fluorescencia de rayos X donde se indica la composición global del fundido de carbonato-fosfato.

Fig. 15. Difractograma de rayos X correspondiente al fundido de carbonato-fosfato. Pueden apreciarse picos de calcita (c), barita (b) y característicos picos amplios de hidroxiapatito (h) que se superponen sobre un “abultamiento” correspondiente a vidrio. El “abultamiento” puede observarse en la parte aumentada del difractograma con escala logarítmica para la intensidad, pero es menos ostensible debido al contenido subordinado de vidrio fosfatado presente en el fundido.

Fundido de Carbonato

Como ya se había sugerido para la estructura de Azuara, también se ha propuesto la presencia de abundantes relictos de fundido primigenio de carbonato en la cuenca de impacto de Rubielos de la Cérida. Un fundido de carbonato no puede enfriarse para formar vidrio, sino que cristaliza rápidamente en carbonato otra vez. No obstante, el origen a partir de un fundido puede ser únicamente indirectamente sugerido por la presencia de cristalitos esqueléticos, dendríticos, una textura vesicular y otros rasgos asociados (ver, p.e., la discusión sobre los fundidos de carbonato de Azuara realizada por Katschorek [1990]).

Fig. 16. Presumible roca de fundido carbonatado procedente de la cantera caliza de Corbalán; parte sur de la cuenca de impacto. Detalle debajo.

Fig. 17. El material altamente poroso y de baja densidad, muestra una distintiva textura vesicular (la anchura de campo es de 7 mm).

Fig. 18. Fragmentos de material carbonatado de color blanco, que tapizan y presentan un aspecto de algodón, sobre un armazón calcítico fuertemente vesicular: presumiblemente relictos de fundido carbonatado. Megabrecha entre Escorihuela y El Pobo/Corbalán; pare sureste del borde de la cuenca de impacto.

Fig. 19. Detalle.

Fig. 20-22. Imágenes SEM de relictos de fundido carbonatado. Nótese la textura vesicular afelpada (en esta imagen) y la forma acicular (de aguja) (Fig. 21), así como los cristalitos dendríticos (Fig. 22). Los análisis SEM muestran la presencia de carbonato de calcio y trazas de cuarzo. La barra de escala equivale a 20 µm.

Fig. 21. Cristalitos de carbonato de calcio de morfología acicular (de aguja). La barra de escala equivale a 10 µm.

Fig. 22. Cristalitos de carbonato de calcio de morfología dendrítica. La barra de escala equivale a 2 µm.

Fundido de sulfato

En la megabrecha de Barrachina, puede hallarse, inmersos, clastos de color blanco (ver la imágen de debajo) que consisten en un material altamente poroso (fueron medidas densidades, en roca seca, de únicamente 1.4 g/cm³). Únicamente unos pocos fragmentos de roca se hallan entremezclados en su interior (ver la imagen de debajo). Desde el punto de vista químico, el material de color blanco es CaSO₄ casi puro. Bajo el microscopio, la matriz puede presentar una textura fluidal aunque la mayoría de detalles quedan fuera de la resolución microscópica. Los fragmentos minerales, principalmente cuarzo y feldespato, se hallan en parte fuertemente chocados (mostrando PDFs y vidrio diapléctico). Efectos de choque pueden apreciarse igualmente entre los minerales de los fragmentos de roca entremezclados.

Evidentemente, el CaSO₄ presente no es en este caso un sedimento químico (yeso o anhidrita). En función de su elevada porosidad, la tectura fluidal y los intensos efectos de choque, sugerimos que los clastos fueron formados por cristalización a partir de un fundido de sulfato producido por choque. El punto de fusión de la anhidrita es de 1,450 ºC, una temperatura que debería haber sido claramente excedida para producir el fundido silicatado en la megabrecha de Barrachina. La cristalización a partir de un fundido de anhidrita esta también bajo discusión en el caso de materiales provenientes de brechas suevíticas de la estructura de impacto de Chicxulub (Claeys et al. 2003; verhttp://we.vub.ac.be/~dglg/Web/Claeys/Claeys%20et%20al%202003.pdf ).

Fig. 23. Presumible clasto de roca de fundido de sulfato presente en la megabrecha de Barrachina.

Fig. 24. La roca de fundido de sulfato vista en detalle. Obsérvense los clastos de cuarcita inmersos en la matriz de CaSO4 , de baja densidad y altamente porosa.

Fig. 25. Roca de fundido de sulfato bajo el SEM. Obsérvese la textura vesicular.

Vidrio de impacto o pseudotaquilita

El vidrio discutido en este apartado se presenta tapizando una arenisca que aflora en la parte sur del levantamiento central de la cadena de la cuenca de impacto de Rubielos de la Cérida. El vidrio presenta un color que va del verdoso al blanquecino, siendo transparente o lechoso. Bajo el microscopio la arenisca se muestra intensamente dañada, observándose una intensa textura cataclástica de flujo que se une con el vidrio. Los granos de cuarzo se hallan intensamente fracturados y muestran múltiples conjuntos de fracturas planares (Pfs) y de estructuras de deformación planar (PDFs).

Dada la presencia de efectos de choque en la arenisca, un origen por choque de este peculiar vidrio parece más que razonable. Como posibilidad adicional, sugerimos la fusión por fricción durante el extremo metamorfismo dinámico desarrollado durante el evento de impacto (en la fase de excavación o-más probablemente-en la fase de modificación, cunado se formó el levantamiento). De aceptar esta posibilidad, el vidrio sería una pseudotaquilita.

Fig. 26. ¿Producido por choque o pseudotaquilita? Vidrio tapizando una arenisca en la parte sur del levantamiento de la cadena.

Fig. 27. Detalle del vidrio.

Fig. 28. La arenisca encajante cortada perpendicularmente al costra vítrea (en la parte superior). La anchura de campo es de 16 cm.

Fig. 29. Detalle de la superfície cortada: obsérvese el complejo campo fluidal y (?) los diquecillos inyectados.

Fig. 30. Microfotografía (a nícoles cruzados; la anchura de campo es de 6 mm) de la arenisca que contiene el vidrio, justo por debajo de la costra vítrea (en la parte superior).

Fig. 31. Microfotografía ( a nícoles cruzados; la anchura de campo es de 240 µm) de la arenisca que contiene el vidrio; grano de cuarzo en el que pueden observarse tres conjuntos de rasgos de deformación planar.