Procesos bajo la superficie
Después de que los sedimentos son transportados y depositados, comienza los procesos diagenéticos que litifican el material disgregado para eventualmente convertirlos en rocas sedimentarias. La diagénesis puede ocurrir tempranamente, sobre todo en los sedimentos carbonatados, o bien tener lugar en los primeros kilómetros de profundidad de la corteza terrestre, bajo temperaturas inferiores a los 200-250 °C. La diagénesis incluye diversos procesos en los que ocurren cambios físicos y químicos ocasionados por el peso que ejercen los sedimentos superiores sobre los que se encuentran en partes inferiores, o bién a causa del calor asociado con la profundidad o por la presencia de agua intersticial o meteórica; agua que es incorporada durante la sedimentación conteniendo iones disueltos o capaz de disolverlos debido a las condiciones fusico-químicas del enterramiento.
Se considera que la diagénesis comienza desde que se depositan los sedimentos hasta que son intemperizados al ser exhumados a la superficie o, hasta que, debido a incremento de profundidad, calor y presión, se inicia el metamorfismo al permanecer en el interior de la corteza.
Procesos diagenéticos
Los procesos diagenéticos principales son los siguientes:
Compactación. Los sedimentos que se encuentran sepultados son afectados por la presión de los materiales (rocas y otros sedimentos) acumulados por encima. A esta presión ejercida en una sola dirección asociada a los procesos litosféricos se le conoce como presión litostática o presión burial. La carga litostática de los materiales suprayacentes ocasionan que la porosidad (volumen vacío en la roca) de los materiales depositados se reduzca y con esto su volumen. A su vez, el agua y otros fluidos que se alojan en los espacios porosos son expulsados. La permeabilidad es la interconexión de espacios porosos que permiten el desplazamiento de fluidos, la compactación puede hacer que esta se pierda. Los sedimentos detríticos de diferentes tamaños tienen un comportamiento específico a la compactación. Bajo el mismo régimen de presión litostática, los sedimentos finos como arcillas y limos experimentan una compactación mayor que las arenas y gravas.
Disolución. La disolución está determinada por el tipo de los minerales y la composición del agua intersticial. Los minerales y conchas de organismos compuestos por carbonato de calcio pueden disolverse si el agua intersticial tiene un alto pH. En sedimentos terrígenos, las conchas carbonatadas de algunos organismos son propensas a la disolución debido a la acidez del medio. En cambio, en condiciones más de medios alcalinos y de altas temperaturas, los materiales silíceos detríticos son más solubles.
Cementación. El agua intersticial que se encuentra en la porosidad de los sedimentos suele contener diversos iones disueltos. Al expulsar el agua por el calor o por la disminución de la porosidad, los iones se concentran y precipitan generando un cemento que une los sedimentos. Los cementos más comunes son el carbonato de calcio y la sílice, pero también existen óxidos de hierro e hidróxidos como la limolita. La naturaleza del cementante depende de la composición mineralógica, la temperatura y el pH del agua intersticial. Por lo tanto, el cementante, en la mayoría de los casos, es de la misma composición de los granos minerales. En rocas detríticas, la cementación es más eficiente en sedimentos del tamaño de las arenas y gravas.
Recristalización. Algunos minerales son estables en el ambiente de depósito, pero inestables a las profundidades y temperaturas de enterramiento. Por lo tanto, la estructura de los minerales cambia a una que esté en equilibrio con las nuevas condiciones. La recristalización no incluye cambios en la composición química, sino que implica una reestructuración en el arreglo cristalino de los minerales. Por ejemplo, la aragonita es un mineral de carbonato de calcio que utilizan algunos moluscos marinos como los bivalvos y los gasterópodos para generar sus conchas. La aragonita biogénica tiene una estructura cristalina que es estable en las condiciones ambientales, pero en las temperaturas y presiones diagenéticas esta estructura cambia a calcita. Es poco común que la aragonita no tenga recristalización en la diagénesis. En el caso de los radiolarios y algunas espículas de esponjas que están hechas de opalina, durante la diagénesis este compuesto recristaliza en cuarzo criptocristalino.
Reemplazamiento. El reemplazamiento ocurre cuando se disuelve un mineral y precipita otro en su lugar. Por ejemplo, la silicificación es un tipo de reemplazamiento que le ocurre a algunas conchas de invertebrados cuya composición química original era de carbonato de calcio, pero la sílice de un cuerpo de roca que envuelve el depósito se puede percolar sustituyendo el carbonato de calcio. Otro ejemplo se presenta en los feldespatos de rocas detríticas los cuales pueden experimentar alteración por hidrólisis para generar minerales arcillosos.
Generación de nuevos minerales (autigénicos). Los minerales autigénicos son aquellos que se forman durante la diagénesis y que no formaban parte de los sedimentos al momento de depositarse.