El esquisto es la roca sedimentaria más abundante y está en las cuencas sedimentarias de todo el mundo.
Pizarra: La pizarra se rompe en trozos finos con bordes afilados. Se presenta en una amplia gama de colores que incluyen el rojo, el marrón, el verde, el gris y el negro. Es la roca sedimentaria más común y se encuentra en las cuencas sedimentarias de todo el mundo.
¿Qué es el esquisto?
El esquisto es una roca sedimentaria de grano fino que se forma a partir de la compactación de partículas minerales de tamaño limo y arcilla que comúnmente llamamos “barro”. Esta composición sitúa al esquisto en una categoría de rocas sedimentarias conocida como “lodolitas”. El esquisto se distingue de otras fangolitas porque es fisible y laminado. “Laminado” significa que la roca está formada por muchas capas finas. “Fisible” significa que la roca se divide fácilmente en trozos finos a lo largo de las laminaciones.
Usos del esquisto
Algunos esquistos tienen propiedades especiales que los convierten en recursos importantes. Los esquistos negros contienen material orgánico que a veces se descompone para formar gas natural o petróleo. Otros esquistos pueden triturarse y mezclarse con agua para producir arcillas que pueden convertirse en una variedad de objetos útiles.
Yacimiento convencional de petróleo y gas natural: Este dibujo ilustra una “trampa anticlinal” que contiene petróleo y gas natural. Las unidades de roca gris son pizarras impermeables. El petróleo y el gas natural se forman dentro de estas unidades de pizarra y luego migran hacia arriba. Una parte del petróleo y del gas queda atrapada en la arenisca amarilla para formar un yacimiento de petróleo y gas. Se trata de un yacimiento “convencional”, lo que significa que el petróleo y el gas pueden fluir a través del espacio poroso de la arenisca y producirse en el pozo.
Petróleo y gas natural convencionales
Los esquistos orgánicos negros son la roca madre de muchos de los depósitos de petróleo y gas natural más importantes del mundo. Estos esquistos obtienen su color negro de las diminutas partículas de materia orgánica que se depositaron con el lodo del que se formó el esquisto. Cuando el lodo se enterró y se calentó dentro de la tierra, parte de la materia orgánica se transformó en petróleo y gas natural.
El petróleo y el gas natural emigraron fuera de la pizarra y hacia arriba a través de la masa de sedimentos debido a su baja densidad. A menudo, el petróleo y el gas quedaron atrapados en los espacios porosos de una unidad rocosa suprayacente, como una arenisca (véase la ilustración). Estos tipos de depósitos de petróleo y gas se conocen como “yacimientos convencionales” porque los fluidos pueden fluir fácilmente a través de los poros de la roca y llegar al pozo de extracción.
Aunque la perforación puede extraer grandes cantidades de petróleo y gas natural de la roca del yacimiento, gran parte queda atrapada dentro de la pizarra. Este petróleo y gas es muy difícil de extraer porque está atrapado en diminutos espacios porosos o adsorbido en las partículas minerales de arcilla que componen la pizarra.
Yacimiento de petróleo y gas no convencional: Este dibujo ilustra las nuevas tecnologías que permiten el desarrollo de yacimientos de petróleo y gas natural no convencionales. En estos yacimientos, el petróleo y el gas se mantienen en pizarras u otra unidad de roca que es impermeable. Para producir ese petróleo o gas, se necesitan tecnologías especiales. Una de ellas es la perforación horizontal, en la que un pozo vertical se desvía a horizontal para que penetre una larga distancia de roca del yacimiento. La segunda es la fracturación hidráulica. Con esta técnica, se sella una parte del pozo y se bombea agua para producir una presión lo suficientemente alta como para fracturar la roca circundante. El resultado es un yacimiento muy fracturado en el que se penetra a través de un pozo de gran longitud.
Petróleo y gas natural no convencionales
A finales de la década de 1990, las empresas de perforación de gas natural desarrollaron nuevos métodos para liberar el petróleo y el gas natural atrapados en los diminutos espacios porosos de las pizarras. Este descubrimiento fue importante porque permitió desbloquear algunos de los mayores depósitos de gas natural del mundo.
El Barnett Shale de Texas fue el primer gran yacimiento de gas natural desarrollado en una roca de esquisto. La producción de gas en el Barnett Shale fue todo un reto. Los espacios porosos de la pizarra son tan pequeños que el gas tiene dificultades para atravesar la pizarra y entrar en el pozo. Los perforadores descubrieron que podían aumentar la permeabilidad de la pizarra bombeando agua en el pozo a una presión lo suficientemente alta como para fracturar la pizarra. Estas fracturas liberaban parte del gas de los espacios porosos y permitían que ese gas fluyera hacia el pozo. Esta técnica se conoce como “fracturación hidráulica” o “hidrofracturación”.
Los perforadores también aprendieron a perforar hasta el nivel del esquisto y a girar el pozo 90 grados para perforar horizontalmente a través de la unidad de roca de esquisto. De este modo se obtenía un pozo con una “zona útil” muy larga a través de la roca del yacimiento (véase la ilustración). Este método se conoce como “perforación horizontal”.
La perforación horizontal y la fracturación hidráulica revolucionaron la tecnología de perforación y allanaron el camino para desarrollar varios yacimientos gigantes de gas natural. Entre ellos se encuentran el Marcellus Shale en los Apalaches, el Haynesville Shale en Luisiana y el Fayetteville Shale en Arkansas. Estos enormes yacimientos de esquisto contienen suficiente gas natural para satisfacer todas las necesidades de Estados Unidos durante veinte años o más.
El esquisto en el ladrillo y el azulejo: El esquisto se utiliza como materia prima para fabricar muchos tipos de ladrillos, azulejos, tuberías, cerámica y otros productos manufacturados. El ladrillo y el azulejo son algunos de los materiales más utilizados y deseados para la construcción de casas, paredes, calles y estructuras comerciales. Derechos de autor de la imagen iStockphoto / Guy Elliott.
Pizarra utilizada para producir arcilla
Todo el mundo tiene contacto con productos hechos de pizarra. Si vives en una casa de ladrillo, conduces por una carretera de ladrillo, vives en una casa con tejado de tejas o guardas las plantas en macetas de “terracota”, tienes contacto diario con artículos que probablemente se fabricaron con pizarra.
Hace muchos años, estos mismos objetos se fabricaban con arcilla natural. Sin embargo, el uso intensivo agotó la mayoría de los pequeños depósitos de arcilla. Al necesitar una nueva fuente de materias primas, los fabricantes pronto descubrieron que mezclando pizarra finamente molida con agua se obtenía una arcilla que a menudo tenía propiedades similares o superiores. Hoy en día, la mayoría de los artículos que antes se fabricaban con arcilla natural han sido sustituidos por artículos casi idénticos hechos con arcilla fabricada mediante la mezcla de pizarra finamente molida con agua.
Kits de rocas y minerales: Consigue un kit de rocas, minerales o fósiles para aprender más sobre los materiales de la Tierra. La mejor manera de aprender sobre las rocas es tener especímenes disponibles para probar y examinar.
Pizarra utilizada para producir cemento
El cemento es otro material común que a menudo se hace con pizarra. Para fabricar cemento, la piedra caliza triturada y la pizarra se calientan a una temperatura lo suficientemente alta como para evaporar toda el agua y descomponer la piedra caliza en óxido de calcio y dióxido de carbono. El dióxido de carbono se pierde como emisión, pero el óxido de calcio combinado con la pizarra calentada forma un polvo que se endurece si se mezcla con agua y se deja secar. El cemento se utiliza para fabricar hormigón y muchos otros productos para la industria de la construcción.
Pizarra petrolífera: Una roca que contiene una cantidad significativa de material orgánico en forma de querógeno sólido. Hasta 1/3 de la roca puede ser material orgánico sólido. Este espécimen tiene aproximadamente cuatro pulgadas (diez centímetros) de diámetro.
Esquisto bituminoso
El esquisto bituminoso es una roca que contiene cantidades significativas de material orgánico en forma de querógeno. Hasta 1/3 de la roca puede ser kerógeno sólido. Los hidrocarburos líquidos y gaseosos pueden extraerse de la pizarra bituminosa, pero la roca debe ser calentada y/o tratada con disolventes. Esto suele ser mucho menos eficaz que la perforación de rocas que produzcan petróleo o gas directamente en un pozo. La extracción de hidrocarburos de la pizarra bituminosa produce emisiones y residuos que causan importantes problemas medioambientales, lo cual es una de las razones por las que los extensos depósitos de pizarra bituminosa del mundo no se han utilizado de forma agresiva.
La pizarra bituminosa suele ajustarse a la definición de “pizarra” en el sentido de que es “una roca laminada compuesta por al menos un 67% de minerales arcillosos”. Sin embargo, a veces contiene suficiente material orgánico y minerales de carbonato como para que los minerales de arcilla representen menos del 67% de la roca.
Muestras de núcleo de esquisto: Cuando se perfora esquisto para la evaluación de petróleo, gas natural o recursos minerales, a menudo se recupera un núcleo del pozo. La roca en el núcleo puede entonces ser probada para aprender sobre su potencial y cómo el recurso podría ser mejor desarrollado.
Composición de la pizarra
La pizarra es una roca compuesta principalmente por granos minerales del tamaño de la arcilla. Estos pequeños granos suelen ser minerales de arcilla como la ilita, la caolinita y la esmectita. La pizarra suele contener otras partículas minerales de tamaño arcilloso como el cuarzo, el chert y el feldespato. Otros componentes pueden ser partículas orgánicas, minerales de carbonato, minerales de óxido de hierro, minerales de sulfuro y granos de minerales pesados. Estos “otros constituyentes” de la roca suelen estar determinados por el entorno de deposición del esquisto, y a menudo determinan el color de la roca.
Pizarra negra: Pizarra negra rica en materia orgánica. El gas natural y el petróleo quedan a veces atrapados en los diminutos espacios porosos de este tipo de esquisto.
Colores del esquisto
Como la mayoría de las rocas, el color del esquisto suele estar determinado por la presencia de materiales específicos en cantidades menores. Sólo un pequeño porcentaje de materiales orgánicos o de hierro puede alterar significativamente el color de una roca.
Juegos de gas de esquisto: Desde finales de la década de 1990, docenas de esquistos orgánicos negros previamente improductivos se han convertido con éxito en valiosos yacimientos de gas. Véase el artículo: “¿Qué es el gas de esquisto?”
Pizarra negra y gris
Un color negro en las rocas sedimentarias indica casi siempre la presencia de materiales orgánicos. Sólo uno o dos por ciento de materiales orgánicos pueden impartir un color gris oscuro o negro a la roca. Además, este color negro casi siempre implica que la pizarra se formó a partir de sedimentos depositados en un entorno deficiente en oxígeno. Todo el oxígeno que entraba en el entorno reaccionaba rápidamente con los restos orgánicos en descomposición. Si hubiera una gran cantidad de oxígeno, todos los restos orgánicos se habrían descompuesto. Un entorno pobre en oxígeno también proporciona las condiciones adecuadas para la formación de minerales de sulfuro como la pirita, otro mineral importante que se encuentra en la mayoría de los esquistos negros.
La presencia de restos orgánicos en los esquistos negros los convierte en candidatos a la generación de petróleo y gas. Si el material orgánico se conserva y se calienta adecuadamente después del enterramiento, se podría producir petróleo y gas natural. El Barnett Shale, el Marcellus Shale, el Haynesville Shale, el Fayetteville Shale y otras rocas productoras de gas son todas pizarras de color gris oscuro o negro que producen gas natural. El Bakken Shale de Dakota del Norte y el Eagle Ford Shale de Texas son ejemplos de esquistos que producen petróleo.
Los esquistos grises contienen a veces una pequeña cantidad de materia orgánica. Sin embargo, los esquistos grises también pueden ser rocas que contienen materiales calcáreos o simplemente minerales arcillosos que dan lugar a un color gris.
Utica y Marcellus Shale: Se cree que dos pizarras orgánicas negras de la cuenca de los Apalaches contienen suficiente gas natural para abastecer a Estados Unidos durante varios años. Son el Marcellus Shale y el Utica Shale.
Pizarras rojas, marrones y amarillas
Las pizarras que se depositan en entornos ricos en oxígeno suelen contener pequeñas partículas de óxido de hierro o minerales de hidróxido de hierro como la hematita, la goethita o la limonita. Sólo un pequeño porcentaje de estos minerales distribuidos por la roca puede producir los colores rojos, marrones o amarillos que exhiben muchos tipos de esquisto. La presencia de hematita puede producir un esquisto rojo. La presencia de limonita o goethita puede producir un esquisto amarillo o marrón.
Pizarra verde
En ocasiones se encuentran pizarras verdes. Esto no debe sorprender porque algunos de los minerales de arcilla y micas que componen gran parte del volumen de estas rocas son típicamente de color verdoso.
Pozo de gas natural de esquisto: En menos de diez años, el esquisto se ha disparado en el sector energético. Los nuevos métodos de perforación y desarrollo de pozos, como la fracturación hidráulica y la perforación horizontal, pueden aprovechar el petróleo y el gas natural atrapados en la apretada matriz de los esquistos orgánicos. Derechos de autor de la imagen iStockphoto / Edward Todd.
Propiedades hidráulicas de las pizarras
Las propiedades hidráulicas son características de una roca, como la permeabilidad y la porosidad, que reflejan su capacidad para retener y transmitir fluidos como el agua, el petróleo o el gas natural.
El esquisto tiene un tamaño de partícula muy pequeño, por lo que los espacios intersticiales son muy reducidos. De hecho, son tan pequeños que el petróleo, el gas natural y el agua tienen dificultades para moverse a través de la roca. Por lo tanto, la pizarra puede servir como roca de cubierta para las trampas de petróleo y gas natural, y también es un acuicludo que bloquea o limita el flujo de agua subterránea.
Aunque los espacios intersticiales de una pizarra son muy pequeños, pueden ocupar un volumen importante de la roca. Esto permite que la pizarra contenga cantidades significativas de agua, gas o petróleo pero que no pueda transmitirlas eficazmente debido a su baja permeabilidad. La industria del petróleo y el gas supera estas limitaciones de la pizarra utilizando la perforación horizontal y la fracturación hidráulica para crear porosidad y permeabilidad artificiales en la roca.
Algunos de los minerales de arcilla que se encuentran en la pizarra tienen la capacidad de absorber o adsorber grandes cantidades de agua, gas natural, iones u otras sustancias. Esta propiedad de la pizarra puede permitirle retener selectiva y tenazmente o liberar libremente fluidos o iones.
Mapa de suelos expansivos: El Servicio Geológico de los Estados Unidos ha preparado un mapa generalizado de suelos expansivos para los 48 estados inferiores.
Propiedades de ingeniería de los suelos de esquisto
Los esquistos y los suelos derivados de ellos son algunos de los materiales más problemáticos para construir. Están sujetos a cambios de volumen y competencia que generalmente los convierten en sustratos de construcción poco fiables.
Deslizamiento de tierras: El esquisto es una roca propensa a los deslizamientos.
Suelos expansivos
Los minerales de arcilla de algunos suelos derivados de la pizarra tienen la capacidad de absorber y liberar grandes cantidades de agua. Este cambio en el contenido de humedad suele ir acompañado de un cambio de volumen que puede llegar a ser de varios porcentajes. Estos materiales se denominan “suelos expansivos”. Cuando estos suelos se humedecen se hinchan, y cuando se secan se encogen. Los edificios, carreteras, líneas de servicios públicos u otras estructuras colocadas sobre o dentro de estos materiales pueden debilitarse o dañarse por las fuerzas y el movimiento del cambio de volumen. Los suelos expansivos son una de las causas más comunes de daños en los cimientos de los edificios en Estados Unidos.
Delta de pizarra: Un delta es un depósito de sedimentos que se forma cuando una corriente entra en una masa de agua estancada. La velocidad del agua de la corriente disminuye repentinamente y los sedimentos arrastrados se depositan en el fondo. En los deltas es donde se deposita el mayor volumen de lodo de la Tierra. La imagen de arriba es una vista por satélite del delta del Misisipi, que muestra sus canales distribuidores y los depósitos interdistributivos. El agua azul brillante que rodea el delta está cargada de sedimentos.
Estabilidad de los taludes
La pizarra es la roca más frecuentemente asociada a los deslizamientos de tierra. La meteorización transforma la pizarra en un suelo rico en arcilla que normalmente tiene una resistencia al cizallamiento muy baja, especialmente cuando está húmedo. Cuando estos materiales de baja resistencia están húmedos y en una ladera empinada, pueden desplazarse lenta o rápidamente ladera abajo. La sobrecarga o la excavación por parte de los humanos suelen desencadenar el fallo.
Pizarra en Marte: La pizarra es también una roca muy común en Marte. Esta foto fue tomada por la cámara del mástil del Mars Curiosity Rover. Muestra esquistos fisibles de capa fina que afloran en el cráter Gale. El Curiosity perforó agujeros en las rocas del cráter Gale e identificó minerales de arcilla en los recortes. Imagen de la NASA.
Entornos de deposición de esquisto
La acumulación de barro comienza con la meteorización química de las rocas. Esta meteorización descompone las rocas en minerales de arcilla y otras pequeñas partículas que a menudo pasan a formar parte del suelo local. Una tormenta puede arrastrar pequeñas partículas de tierra desde la tierra hasta los arroyos, dándoles un aspecto “fangoso”. Cuando el arroyo se ralentiza o entra en una masa de agua estancada, como un lago, un pantano o un océano, las partículas de barro se depositan en el fondo. Si no se perturba y se entierra, esta acumulación de lodo puede transformarse en una roca sedimentaria conocida como “lodolita”. Así es como se forman la mayoría de los esquistos.
El proceso de formación de esquistos no se limita a la Tierra. Los exploradores de Marte han encontrado muchos afloramientos en Marte con unidades de roca sedimentaria que se parecen a los esquistos encontrados en la Tierra (ver foto).
