Tatiana Ordenes Cataldo tatiordenes@gmail.com

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Departamento de Ingeniería en Minas. Facultad de Ingeniería. Universidad de Santiago de Chile.

Rocas Igneas Magmas y Rocas Plutónicas Mineralogía y Petrografía. Semestre Primavera 2014

Introducción Definiciones

Roca

Cuerpo sólido formado por un agregado de uno o más

minerales.

Petrología

Rama de la geología que se ocupa del estudio de las rocas desde

el punto de vista genético y de sus relaciones con otras rocas. Es

considerada una de las principales ramas de la geología.

Petrografía

Rama de la Geología que aborda la descripción y clasificación de

las rocas (composición, textura, etc.).

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Introducción Ciclo de las Rocas

Introducción

Roca Ignea (ignis= fuego)

Roca formada por el enfriamiento y solidificación de un

magma.

Magma

Roca fundida. Material silicatado completa o parcialmente

fundido, compuesto de sustancias en estado sólido, líquido y

gaseoso (volátiles).

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Magmas

Constituyentes

Sólido: Fragmentos de rocas (relictos), granos de minerales (formados

tempranamente durante la cristalización magmática) y xenolitos.

Líquido: Fundido compuesto por iones de elementos comunes en la

corteza terrestre (Si, O, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg).

Volátiles: Gases disueltos, principalmente H2O (vapor de agua) y CO2

(dióxido de carbono). Pueden llegar a representar hasta un 14% en

volumen. Controlan la explosividad de una erupción.

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Xenolitos: Inclusión de roca de caja o madre no fundida

en un plutón ígneo.

• Los constituyentes SiO2 y H2O controlan ampliamente las

propiedades físicas del magma (densidad, viscosidad, modo de

emplazamiento).

• El contenido de SiO2 varía entre el 33 y 75 % en los magmas.

• Los magmas se originan en un lugar de la corteza, o del manto

superior, donde hay fusión de algunos minerales (inicio de la

fusión parcial), principalmente entre los 100 y 200 km de

profundidad, pero pueden formarse a profundidades menores,

del orden de 50 km.

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Magmas

Constituyentes y origen

Para contextualizar…

litósfera

Magmas

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• Agua H2O (gas)

• Carbono (CO2)

• Azufre (S2)

• Nitrógeno (N2)

• Argón (Ar)

• Cloruro (Cl2)

• Flúor (F2)

• Hidrógeno (H2)

0,5 – 8% del magma (típicamente)

90% de todos los volátiles

10% restante

de volátiles

Constituyentes de la porción volátil:

Magmas

Constituyentes

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La porción de volátiles corresponde a sustancias líquidas y gaseosas con

temperaturas de fusión o condensación menores a la de los silicatos de alta

temperatura.

Generación de Magmas

• Para generar un magma, se debe calentar lo suficiente un sector de

la tierra para que el material presente se funda.

• El gradiente geotérmico por si sólo no es suficiente para esto, si

así fuera, bajo una cierta profundidad toda la tierra sería un fundido.

• La temperatura aumenta entre 20°C y 30°C por kilómetro de

profundidad.

• La presión también controla el punto de fusión.

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• La temperatura en que comienza la fusión de una roca (fusión de los

minerales de punto de fusión menor) se denomina punto de solidus.

• El punto de fusión total de la roca, en que funde el mineral con el punto

de fusión más alto se denomina punto de líquidus.

Generación de Magmas

El punto de solidus de un magma depende

de:

T y P que soporte la roca (> P, puntos de

fusión más altos).

Presencia de agua (provoca una

disminución del valor del punto de solidus).

Presencia de volátiles rebaja también el

punto de fusión de los minerales del magma. 10

• Campo totalmente líquido

a alta temperatura.

• Campo de coexistencia

de cristales y líquido

• Campo en que el magma

está totalmente

cristalizado.

Generación de Magmas

Esquema idealizado de evolución de un magma

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El porqué se forman los magmas está relacionado con

cambios puntuales en la termodinámica del interior del

planeta.

Tres son los factores desencadenantes de la génesis de

una masa magmática:

• Aumento de la temperatura de la masa rocosa

• Disminución de la presión que soporta la masa rocosa

• Presencia de agua y compuestos volátiles

Generación de Magmas

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Se requieren tres pasos fundamentales para la formación

de Magmas:

1.- Fusión parcial de rocas preexistentes

2.- Segregación del magma formado

3.- Ascenso

Generación de Magmas

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Fusión parcial

¿Cómo se funde el manto?

1. Aumento de la Temperatura de la masa rocosa

Tarbuck y Lutgens, 2005

T a 100 km: 1.200 - 1.400°C. Rocas

próximas a sus puntos de fusión (corteza

inferior y manto superior) pero aún

sólidas.

La T aumenta rápidamente hasta la base

de la litósfera.

El gradiente de T en el manto es mucho

menor, deduciéndose que existe un flujo

convectivo lento.

Si la Temperatura fuera el único factor para

provocar fusión parcial, la Tierra sería una bola

fundida cubierta por una fina capa exterior sólida.

2. Disminución de la presión de la masa rocosa

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Fusión parcial ¿Cómo se funde el manto?

Mineral o roca Formula

estructural

Presión

en kbar

Profundidad

correspondiente en

km

T de fusión

(Tf) en °C

Olivino (Mg, Fe)2SiO4 0,001 (= 1 bar) 0 1600-1800

Anortita CaAl2Si208 0,001 0 1200-1400

Fierro Fe 0,001 0 1500

Fierro Fe 40 100 1650

Roca básica seca 60% de piroxeno,

40% de anortita 8 20 1260-1400

Roca básica con

proporción de agua

60% de piroxeno,

40% de anortita,

agua

8 20 700-1000

• Ascenso Adiabático sin pérdida de calor por conductividad.

• Fusión Parcial por descompresión puede fundir hasta un 30% en peridotitas (roca del

manto), porcentaje estimado para el manto en las regiones de rift oceánico.

3. Presencia de volátiles (especialmente H2O)

Solidus de Peridotita seca comparada con algunos

experimentos de Peridotitas sobresaturadas (H2O).

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Fusión parcial ¿Cómo se funde el manto?

Tarbuck y Lutgens, 2005 Wyllie, P. J. (1981).

Curvas idealizadas de temperaturas de fusión

Control de fusión de una roca está dado por:

Mineralogía de la roca

Temperatura

Presión

Contenido de agua

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Fusión parcial

Se requieren tres pasos fundamentales para la formación

de Magmas:

Fusión parcial de rocas preexistentes

2.- Segregación del magma formado

3.- Ascenso

Generación de Magmas

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Tipos de Magmas

Según el contenido de sílice (SiO2) que tengan:

1.- Magmas ácidos >63 % SiO2

2.- Magmas intermedios 52 – 63 % SiO2

3.- Magmas básicos 45 – 52 % SiO2

4.- Magmas ultrabásicos <45 % SiO2 19

Segregación del magma

Magmas ácidos

• Ricos en sílice ( >63 % SiO2 )

• Ricos en Na, K

• Ricos en volátiles

• Pobres en Fe, Mg, Ca

• Muy viscosos

• T° ‘baja’ (700 – 900 ºC en erupción)

• Forman riolitas y granitos

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Magmas Intermedios (Andesíticos)

• Contenido en sílice intermedio (52 – 63 % SiO2)

• Viscosidad intermedia

• T° intermedia (950 – 1170 ºC en erupciones)

• Composición química y contenido de volátiles intermedio.

• Forman andesitas, dioritas y monzodioritas cuarcíferas

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Magmas básicos

• Pobres en sílice (45 – 52 % SiO2 )

• Ricos en Fe, Mg, Ca

• Baja viscosidad

• Alta T° ( t de erupción entre 1050 y 1200 ºC)

• Forman principalmente basaltos y gabros.

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Magmas Ultrabásicos

• Muy pobres en sílice (< 45 % SiO2 )

• Ricos en Fe, Mg, Ca

• Muy baja viscosidad, muy fluidos

• Muy alta T (T del orden de 1700 ºC)

• Forman basanitas, dunitas, peridotitas.

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Se requieren tres pasos fundamentales para la formación

de Magmas:

Fusión parcial de rocas preexistentes

Segregación del magma formado

3.- Ascenso

Generación de Magmas

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Generación de Magmas

Ascenso

Ambientes tectónicos de generación de magmas

1 2 3 4

DIVERGENTE INTRAPLACA CONVERGENTE 25

Diagrama esquemático con los procesos físicos dentro del manto superior que

conducen a la generación de magma.

1. Las curvas no se cruzan; sin generación de magma.

2. Margen divergente: magma se produce a profundidades bastante

superficiales debido a las altas temperaturas y litosfera muy delgada.

3. Intraplaca: generación de magma se produce a profundidades mayores

debido a temperaturas más altas, con litosfera más gruesa.

4. Margen convergente: magma se produce a profundidades mayores

debido a la disminución de la temperatura de fusión de la roca por los fluídos

liberados de la placa subductada.

Generación de Magmas

Ascenso

Ambientes tectónicos de generación de magmas

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Ascenso

Ambientes tectónicos de generación de magmas

Placas tectónicas y generación de magmas

1. Margen divergente oceánico (dorsales oceánicas).

2. Margen divergente continental (rift continental).

5. Margen divergente oceánico (Cuencas Tras-arco)

6. Volcanismo intraplaca oceánico (Islas oceánicas basálticas).

7. Magmatismo intraplaca continental (kimberlitas, carbonatitas,anorthositas).

Generación de Magmas

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Generación de Magmas

Ascenso

Ambientes tectónicos de generación de magmas

Placas tectónicas y generación de magmas

3. Margen convergente oceánco (Arco de Isla)

4. Margen convergente continental (subducción)

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Generación de magmas

Ascenso

Magmatismo en bordes divergentes

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• En las dorsales oceánicas ocurre ascenso adiabático de las rocas del manto.

• El magma al enfriarse puede formar rocas ígneas básicas intrusivas, hipabisales

(enjambres de diques), o extrusivas (basaltos “almohadillados”), que conforman

el piso oceánico.

• El afloramiento de esta secuencia de rocas se denomina Ofiolita.

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Generación de magmas

Magmatismo en bordes divergentes

Corteza oceánica en Groenlandia de 3.800 millones de años. /SCIENCE

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Generación de magmas

Magmatismo en bordes divergentes

Pilow lavas en Omán

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Generación de magmas

Ascenso

Magmatismo en bordes convergentes

Modificado de Winter (2001)

• Magmatismo ocurre por disminución de la T de fusión de rocas del manto

astenosférico debido a presencia de H2O.

Winter, 2001

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Generación de magmas

Ascenso

Magmatismo en bordes convergentes

• La cristalización de magmas en bordes convergentes, da origen a rocas

plutónicas en las raíces de arcos volcánicos. Además de rocas

hipabisales (subvolcánicas) y arcos volcánicos en la superficie.

• Estos magmas pueden ser básicos, intermedios o ácidos. Rara vez

ultrabásicos. Por ello, las rocas resultantes pueden variar ampliamente

en su composición.

• Los magmas pueden “interactuar” con la corteza continental y/o la

litósfera antes de convertirse en una roca.

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Generación de magmas

Magmatismo en bordes convergentes

Generación de Magmas Básicos

Resultan de la fusión parcial del manto, evidencias de esto son:

• Los basaltos componen la mayoría de la corteza oceánica.

• El manto se puede entender

(simplificadamente) como una peridotita

de granate, un tipo de roca ultramáfica

que contiene olivino, piroxeno y granate.

• Este comienza a fundirse parcialmente

por descompresión al haber convección

del manto.

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