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Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa UDELAR Facultad de Ciencias Petrología Ígnea y Metamórfica Sofía Nóvoa Meikle Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Montevideo, Uruguay. 2014 Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Magmas y Rocas Ígneas Magmas Definición: Fundido de composición predominantemente silicatada, sin estructura ordenada (sus cationes juegan entre esas redes silicatadas, hasta que debe formarse un cristal), producto de la fusión parcial de rocas de la corteza y/o del manto superior con la intervención de todas o sólo algunas de las fases presentes. Por tanto, es una roca en estado de fusión, cuya T de inicio de fusión dependerá de la composición química de la misma, la P vigente, y la presencia o no de componentes volátiles. La roca sufre fusión de acuerdo a un índice de fusibilidad, los minerales más fusibles asumen el estado líquido primero, y por último los más refractarios. Por tanto existe una gran diferencia de temperatura entre el punto en que la roca comienza a fundir y aquel en el que se vuelve completamente líquida. Naturaleza composicional de los magmas Porción liquida de composición silicatada, en algunos casos hay magmas con otros iones dominantes como sulfurosos y carbonosos. Fragmentos sólidos en suspensión: elementos refractarios o silicatos de cristalización a altas temperaturas. La litósfera se funde pero quedan minerales sin fundir dependiendo de las temperaturas en las que la litósfera se esté “reciclando”. Por ejemplo, un granito con nódulos que no corresponden a su litología: los nódulos son los restos refractarios que vinieron con el magma. Gracias a estos nódulos es que se habla de fusión parcial de los magmas. Volátiles: gases disueltos en el fluído parcial (H2O, CO2, SO2, y otros). Los volátiles tienen papeles importantes durante la fusión: bajan los puntos de fusión de los distintos minerales. También afectan propiedades físicas del magma, en particular la viscosidad, el agua despolimeriza las estructuras silicaticas haciendo que se formen estructuras simples que como resultado hacen que el magma sea menos viscoso, mientras que el dióxido de carbono ayuda a formar estructuras complejas. Factor importante en zonas de subducción donde se procesa el ingreso de la litósfera oceánica hacia el manto. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Origen del magma Factores Generación del magma = Fusión Parcial/Total Temperatura: las rocas de la corteza inferior y manto superior están cercanas a su T de fusión, cualquier incremento en la T (proveniente del material descendiente al manto o del propio manto) induce la fusión parcial. Presión: los incrementos de la Pconfinante causan aumentos en la T de fusión, si la P confinante baja entonces hay una baja en la T de fusión de los materiales. Cuando la P baja, entonces ocurre la fusión por desompresión. Volátiles: provenientes de la litósfera (agua estructural de los minerales) que se va deshidratando, facilitan la fusión a T más bajas (sobre todo el H2O), influyen sobre la viscosidad del magma. Los volátiles son un factor muy importantes en zonas de subducción. Propiedades químicas de los magmas Composición: silicatada, carbonatada, sulfurosa y óxido-fosfatados. Elementos químicos, iones: Ca, Fe, Mg, Na, K, Al, Ti, Si. Elementos menores y traza: P-Mn Elementos formadores del retículo (grupos aniónicos): Si, Al, P. Elementos modificadores de retículo: Mg, Ca, Fe2+, Na, K, (Ti, Fe). Son los elementos que van a influir en si se forma un piroxeno, un olivino, etc. También podemos identificar al Ti4+ y Fe3+ como elementos de comportamiento doble, que pueden participar tanto en la formación del retículo como de modificarlo. Volátiles Composición del magma: polímeros de SiO4+ líquido de composición similar al estado cristalino (entropía). Propiedades físicas Densidad, que se estima a partir de vidrio volcánico (g/cm3). La densidad varía entre 2.8 y 2.2 g/cm3. Magmas que acarrean cristales tienen mayor densidad, pero las variaciones más importantes son las que ocurren en magmas con burbujas de volátiles en las cuales la densidad puede llegar a ser 0.05 g/cm3. Pequeñas variaciones de densidad en un gran masa rocosa puede tener consecuencias importantes. La densidad tiene un papel importante en la generación y diferenciación magmática: la incorporación física y asimilación química de pedazos de pared-roca al magma dependen de el contraste de Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa densidades, magma mixing y la convección en cuerpos magmáticos involucran diferencias en las densidades. Temperatura: desde 1200°C a 700°C, medidos en lavas por suspuesto. Viscosidad: relación con composición, estructura, temperatura, % de volátiles. (Cuanto más viscoso, de mayor complejidad son sus estructuras). La viscosidad es la resistencia del fundido a fluír, un magma básico será más fluído que uno ácido, ya que cuanto más SiO2 haya en el fundido mayor será la viscosidad debido a las redes de tetraedros. La presencia de volátiles disminuye la viscosidad de los magmas bajo condiciones isotérmicas. El magmatismo en general representa un proceso de transferencia de masa y energía desde zonas sumamente profundas hacia la superficie de la tierra (o quedar en la corteza superior), esto implica a largo plazo una diferenciación química irreversible. Dónde se originan la mayoría de los magmas Los magmas se generan mediante la fusión parcial o total de la corteza o del manto superior por la fusión de las rocas preexistentes, con la intervención de todas o sólo algunas de las fases minerales presentes. La teoría de tectónica de placas da un excelente marco para la discusión de los diferentes estilos y características geoquímicas de la actividad ígnea actual, lo que nos permite inferir sobre los eventos del pasado. La corteza está compuesta por minerales silicatados de baja densidad. El manto es una mezcla de alta densidad de 2 fases minerales silicatadas, olivita y Opx. El núcleo: Fe-Ni. El Manto conforma 2/3 del planeta, y tiene una gran influencia en la composición del fundido de roca. Según Ringwood la composición aproximada sería la de una “Pirolita”, en su explicación del movimiento de las ondas a través del planeta. Composición del Manto- Reología (rama de la física de medios continuos que estudia la deformación y el fluír de la materia): distintas composiciones se van dando en distintas partes del manto. El manto no es homogéneo, por lo tanto importa cuánto manto funde y de qué parte proviene. El Manto Primitivo es aquel manto que aún no ha evolucionado. La fusión parcial del manto (peridotítico), lleva a generar un fundido silicatado con un contenido de SiO2 en torno al 45 a 50% = magma primario o parental. Implica T altas, y es un magma muy fluído (máfico a ultra máfico). Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa La fusión siempre genera “líquidos” con menor densidad que la roca que fue fundida. Por tanto, la densidad del líquido es menor que la del ambiente rocoso en el que está contenido. Qué le ocurre a ese magma primario Flota, por lo tanto asciende. Si hay suficiente empuje desde abajo llega a la superficie (lava). Las lavas muy viscosas ascienden gracias a los volátiles (las livianas también). A medida que asciende por la corteza puede detenerse y formar cámaras magmáticas variando sucesivamente su composición. Este magma ascendente se sirve de lugares de menor presión, como fracturas y cizallas, para subir haciéndole frente a lafuerza gravitatoria. Fuentes potenciales Manto y corteza (puede ser sólo del manto, sólo corteza o mezcla de ambos). Factores que inciden en el mecanismo de fusión: zonas de perturbaciones significativas de P, T y X-volátiles = dependerá del Ambiente Geotectónico. Cada magma primario estará asociado a determinado Ambiente Geotectónico. Fuentes y mecanismos de génesis de magmas primarios 1. Fusión Selectiva del Manto Superior Peridotítico a través de la Descompresión Adiabática = magmas de composición basáltica = Dorsales. Dorsal Oceánica: al separar las placas, por descompresión el manto superior se funde. Este mecanismo implica que el material fuente se funde en forma diferencial a T, P y % de volátiles determinadas. 2. Fusión Parcial de Corteza Oceánica y Manto Subyacente por ∆T y aumento en la P de volátiles = magmas intermedios = zonas de subducción oceánica y margen continental activa. 3. Fusión Parcial de Corteza Continental (también hay casos de oceánica) por ∆T y aumento en la P de volátiles = magmas de composición granítica (en continentales) = margen continental activa/ colisión continental. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Tectónica de Placas y Actividad Ígnea Están íntimamente asociadas, la distribución global de actividad ígnea no es aleatoria. Las rocas basálticas son comunes en ambientes oceánicos y continentales, mientras que las graníticas son poco comunes o raramente encontradas en ambiente oceánico. Tipos de Bordes de Placas Divergentes: donde nueva corteza es generada a medida que las placas se separan. Convergentes: destrucción de corteza al encontrarse dos placas. Por ejemplo en las zonas de subducción. Transformantes: no forman magmas, las placas se deslizan horizontalmente. OJO!!! Algunos volcanes o génesis de magma No aparecen en bordes de placa. Hay ∆T puntuales, locales o anómalas → PLUMAS. Las celdas de convección son de diferentes tamaños, por lo tanto hay zonas dentro de la astenósfera con concentraciones anómalas de transferencia de calor. Esto hace que el manto suba y se funda llegando a fundir la corteza también. Tectónica de Placas – Petrogénesis Ígnea 1. Mid-Ocean Ridges (magmas primarios más simples en cuanto a composición química = depleted mantle). 2. Intracontinental Rifts 3. Island Arcs 4. Active Continental Margins 5. Back-Arc Basins 6. Ocean Island Basalts 7. Miscellaneous Intracontinental Activity (kimberlitas, carbonititas, anortositas….) Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Descompresión Adiabática en Dorsales Meso-Oceánicas Descenso de la P confinante = disminución de la densidad y de la T de fusión, provocando una curvación del manto, haciendo que comience a fundirse progresivamente, formando un perfil adiabático. Ascenso de material mantélico como pluma o domo. Gradiente de T desde el centro de una celda convectiva posee hacia arriba un perfil adiabático. La relación entre este perfil y el solidus del manto es lo que determina el inicio de la fusión. Hay dorsales rápidas y dorsales lentas (¿?) Gradiente Adiabático: αT/αr = αgT/Cp siendo α el coeficiente de expansión térmica, g la aceleración gravitatoria, T temperatura absoluta, r profundidad, Cp capacidad calorífica. La T del manto a lo largo de un perfil adiabático desciende menos que la T de fusión (ésta baja con la disminución de P), o sea que la fusión mantélica se produce por descompresión adiabática en vez del calor interno del manto. Bordes de Placa Divergentes: márgenes constructivas La mayoría de estos límites de placas se encuentran en ambiente oceánico. Incluyen sistemas de dorsales meso-oceánicas y centros de apertura en cuencas de back-arc. Ej.: Dorsal Meso-Atlántica, los basaltos de fondo oceánico ocupan el 60% de la superficie terrestre. En Islandia la dorsal “sale a la superficie”. El Rift del E Africano es un ejemplo de rifteamiento continental que se encuentra en las etapas iniciales de una futura expansión oceánica. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Bordes de Placa Convergentes: márgenes destructivas Margen Continental Activo y Arco de Islas Oceánico. La mayoría de los volcanes en tierra están asociados a zonas de subducción. Fusión parcial de corteza oceánica y del manto subyacente. Si se cierra la zona de subducción → Orógeno → fusión parcial de corteza continental. En el Océano Pacífico se encuentra la zona conocida como el “anillo de fuego”, ya que el Pacífico está contorneado por zonas de subducción con volcanismo asociado. Variaciones incrementales de T (∆T) Decaimiento de isótopos Compresión de rocas con la profundidad (gradiente adiabático) Deslizamiento litosférico en Manto superior Flujos de cizallamiento Transferencia de masa por material magmático Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Variaciones composicionales / volátiles Variación en la PH2O = baja el solidus de los sistemas silicáticos. Cuña mantélica = local favorable. Por deshidratación de las rocas. VOLCANES DE ZONAS DE SUBDUCCIÓN El volcán típico son los estratovolcanes, cuya explosividad puede ser extremadamente alta y su composición es altamente variable: desde basaltos hasta riolitas. Pueden tener explosiones de tipo Pliniana (o Vesubiana), que son explosiones altas. Pero también hay otros tipos. Bordes de Placa Transformantes Volcanismo no tipicamente asociado. Volcanes Intraplaca Oceánicos: puntos calientes Un ejemplo de estos volcanes son los Hawaianos, que son volcanes escudo debido a que la baja viscosidad de la lava les da esa forma. La progresión de las edades puede ser explicada por el crecimiento de los volcanes a partir de un punto o fuente profundo estacionario en la Tierra (“hotspot”) a medida que la placa del pacífico se desliza con una dirección y sentidos determinados. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Generación de magmas mantélicos Fusión parcial del manto superior peridotítico ( Ol + Opx ± gr ± sp) Lherzolita= (Ol+Opx+Cpx±gr)/FUSIÓN Residuo refractario y fundido de composición basáltica. Concentraciones de H2O → despolimerizador de sistemas silicáticos → fundidos ricos en sílice. CO2 → polimerizador de sistemas silicaticos → reduce campo de estabilidad de la olivita y aumenta el del Opx → fundidos pobres en sílice. Consideraciones importantes: 1) En el caso de sistemas peridotíticos anhidros, con el aumento de la presión se reduce la estabilidad del gradiente haciendo que el olivino se funda generando magmas básicos a altas presiones. 2) Si el aumento del grado de fusión es progresivo, hay mayor disolución de las fases cristalinas de la peridotito parental. 3) Las concentraciones presentes de H2O y CO2. El H2O es un despolimerizador de los sistemas silicáticos generando fundidos más ricos en sílice. Mientras que el CO2 polimeriza los fundidos silicáticos, reduciendo el campo de estabilidad del olivino y aumentando el del ortopiroxeno, generando fundidos pobres en sílice. A) Baja P confinante y baja X-H2O Manto superior peridotítico = fundidos ricos en SiO2 (grandes volúmenes). Da lugar a: Basaltos Tholeíticos: dorsales meso-oceánicas, intraplaca continental, arcos de isla oceánicos inmaduros (OIA). Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Andesitas (exclusivamente en zonas de subducción con serie calco- alcalina): arcos de isla oceánicos, margen continental activa. Intraplaca continental: Incluye provincias toleíticas continentales, zonas de rift continental, ocurrenciasde magmatismo potásico y ultr-potásico no relacionado a rift. B) Alta P y alta X-CO2 Con bajas tasas de fusión y poco volumen = producción de fundidos subsaturados en SiO2, da lugar a: Basaltos subsaturados: intraplaca continental y oceánico (rifts y OIB). Y Basaltos alcalinos. Generación de magmas graníticos Margen continental activa Mecanismos: ∆T Presencia de volátiles Fusión parcial a bajas T = magmas graníticos Peraluminosos Fusión parcial a altas T = magmas graníticos Metaluminosos Los granitos provenientes de magmas peraluminosos presentan minerales ricos en Al como Moscovita, Feldespatos y Corindón, mientras que los que provienen de magmas metaluminosos tienen minerales como Hornblenda que muestran abundancia de elementos distintos al Al. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Tipos de Fusión Parcial Es el proceso por el cual se forma un líquido a partir de un sólido prexistente con la intervención de todas o algunas de las fases que lo constituyen. Existen cinco tipos de fusión parcial: en equilibrio, fraccionada, continua, por zonas y en desequilibrio. El parámetro crítico que determinará la naturaleza del proceso de fusión parcial será la habilidad del líquido formado (magma) de separarse del residuo sólido. Esta habilidad de separarse del sólido residual dependerá del umbral de permeabilidad del sólido parcialmente fundido. Fusión Parcial en Equilibrio Al tener lugar durante un período de tiempo largo, este tiempo es suficiente para que, hasta el momento en que se produzca la segregación, haya un equilibrio entre el fundido y el sólido residual. Se llega, por lo tanto, a establecer un equilibrio entre el material que está fundido y el que no lo está. En este momento se puede pensar que la densidad de ambos es similar lo que les permite mantener el contacto y llegar al equilibrio. Fusión Parcial Fraccionada El fundido está en un equilibrio instantáneo con las fases residuales, pero se separa de ellas a medida que progresa la fusión de forma continua y completa. Fusión Parcial Continua Es un proceso intermedio entre la fusión parcial en equilibrio y la fraccionada, se produce la separación de fracciones de fundido de forma continua pero no fraccionada a medida que va progresando la fusión. Fusión Parcial por Zonas El fundido pasa a través de un sólido y cada cristal individual interacciona y se equilibra con el fundido. Fusión Parcial en Desequilibrio Está determinada por los coeficientes de difusión de los elementos traza en los minerales, y el fundido no se equilibra con todo el sólido residual. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Consideraciones generales: Para algunos magmas basálticos la fusión fraccionada es el mecanismo por el cual se explica la extracción de magma desde el manto. Magmas más viscosos (félsicos) se ajustan mejor a la fusión en equilibrio. En la fusión parcial la composición del líquido inicial es idéntica en lo que concierne a elementos mayores, cualquiera sea la proporción en la que se encuentran las fases en el material original, e independientemente de que la fusión sea en equilibrio o fraccionada. La abundancia en elementos traza de los líquidos producidos está controlada por el tipo de fusión y por las fases presentes en el material originario. Fraccionamiento de los Elementos Traza Las concentraciones de elementos traza durante la fusión parcial puede variar mucho en los fundidos parciales, por esto nos dan importante información sobre los mecanismos de formación de los magmas. Muestran una marcada preferencia por una fase respecto a otras existentes en el sistema: D, coeficiente de distribución o reparto, el cual varía con la temperatura, presión, composición del líquido y del sólido y fugacidad de O. Los elementos traza están altamente dispersos y en baja concentración, por esto se considera a la ley de Henry aplicable para los elementos traza. Su actividad es directamente proporcional a su concentración. Evolución Magmática Formación de cámaras magmáticas Como se ha mencionado anteriormente los magmas son generados por la fusión parcial, influyendo como condicionantes para ello cambios en la composición, en la presión y en la temperatura. Generalidades: El fundido migra por flotación a través de poros y fracturas. El fundido tiene menor densidad que el entorno sólido. Los minerales de baja densidad tienden a ser los primeros en fundirse. El resultado es una mezcla de sólidos, material fundido y gases. Aquellos minerales que son félsicos funden a menores T que los minerales máficos (Ol,Px) El incremento de la P aumenta los puntos de fusión El aumento del contenido en agua baja los puntos de fusión. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa La serie de Bowen explica la susceptibilidad de los minerales a ser fundidos. Diferenciación o Evolución Magmática (procesos modificadores de magmas) Proceso por el cual diferentes elementos o componentes son separados de una mezcla originalmente homogénea, formando cristales de diferentes composiciones a partir de un magma parental de composición uniforme, dando como resultado gran diversidad de rocas ígneas. Es lo que explica la diversidad de RI, y ocurre a través de diferentes mecanismos y debido a que los minerales cristalizan en diferentes intervalos de temperatura (opuesto a la fusión parcial). Diferenciación a Sistema Abierto Asimilación Magmática Proceso por el cual el magma funde total o parcialmente material perteneciente al entorno e incorpora, en consecuencia, el producto fundido a su porción líquida residual. Se evidencia por la presencia de Xenolitos, procesos de difusión. La roca contaminada se ubica en la interfase entre el material magmático padre y la roca caja no modificada. Luego de abandonar su fuente, el magma primario asciende y se puede encontrar con una pared de roca de diferente composición, especialmente magmas basálticos de fuentes mantélicas ascendiendo hacia rocas silicáticas de la corteza continental y cualquier magma silícico que se encuentra con calizas (Ca-rich limestones) o lutitas ricas en Al o su equivalente en metamórficas. Estos magmas interactúan con su entorno en un intento de lograr un equilibrio químico-térmico, especialmente cuando están en un ascenso lento o cuando paran en una cámara de “almacenamiento” subterránea. Mezcla de Magmas Magma Mingling: es la mezcla incompleta de dos magmas generando un producto heterogéneo. Se da cuando ambos tienen diferencias marcadas de T o P o composición. También sucede cuando los magmas se enfrian rápidamente, sin dar oportunidad a que se mezclen dando un producto homogéneo. Se evidencia en la presencia de enclaves. Magma Mixing: mezcla de dos magmas generando un producto homogéneo, de composición intermedia a ambos. Diferenciación a Sistema Cerrado Al entrar en un sistema cerrado se asume que se está a Pcte (adiabática), y lo que va variando en la cristalización es la T. La observación petrográfica y los sistemas experimentales indican que la cristalización de un magma se da en general por la aparición de una fase mineral seguida de otra, sucesivamente, en la medida en que continúa la cristalización. Debido a que los cristales que se van Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa formando no tienen la misma composición, el equilibrio del líquido residual se va modificando durante la cristalización. La cristalización puede ser en equilibrio o fraccionada. Cristalización en equilibrio Las rocas generadas son iguales al magma padre. Cristalización fraccionada: Implica que los cristales formados tempranamentese separan del líquido (sin reaccionar con él) dejando un residuo con composición química diferente a la inicial. Se da por diferentes mecanismos: Segregación gravitacional: en un cuerpo magmático estático, los cristales más densos se hundirán mientras que los menos densos flotarán. Este proceso fue aceptado como un medio viable de la cristalización fraccionada, sin embargo, excepto por los fundidos máficos más calientes y cristales más grandes, el rendimiento de la fuerza plástica de los fundidos puede impedir el movimiento de los cristales aislados. Segregación por flujo: en cuerpos magmáticas que se mueven, la presión dispersiva de grano empuja a los cristales y otras partículas sólidas al interior del fluido magmático lejos de las paredes del conducto donde hay fuertes gradientes de velocidad. Este fenómeno se ha documentado en muchos diques, sills y extrusiones. Filtrado por compresión: el fundido residual en magmas parcialmente cristalizados puede ser filtrado de la red cristalina debido a gradientes de presión locales. En el piso de una cámara magmática en cristalización, el peso de los cristales que se van acumulando puede presionar algo de fundido atrapado haciendo que salga de los cristales que se están compactando hacia el magma que está arriba. Separación de fases del fluido: el fundido se enriquece en agua, reduciendo su viscosidad, y si se sobresatura en agua esto provoca que una fase fluida se exsuelva. El incremento de la presión del fluido puede provocar regiones de menor presión. En las etapas finales de la cristalización fraccionada el residuo está enriquecido en elementos incompatibles, LILE y elementos no litófilos, los cuales se concentran mayormente en la fase de vapor. Los volátiles remanentes aumentan la T líquidus lo que lleva a texturas Porfiríticas. Puede aumentar la P lo que lleva a que se fracture el techo rocoso, lo que puede dar lugar al escape de vapor y residuos como diques: residuo silicatado = cuarzo y feldespato/diques pequeños de aplitas; fase de vapor silicatada = diques o pods de pegmatitas. Cristalización teórica de magmas máficos Bowen en 1929 resumió el enfriamiento de magmas máficos o mantélicos, a través de una generación que llamó “El principio de reacción”. Con el Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa enfriamiento del magma se genera un arreglo sistemático de los iones según patrones ordenados. Los minerales silicatados resultantes de la cristalización se forman en un orden predecible. Las texturas, tamaño y arreglo de los cristales en las rocas estarán relacionadas con dos factores: la tasa de nucleación y la velocidad de enfriamiento. NUCLEACIÓN Y CRECIMIENTO DE LOS CRISTALES Forma de un cristal: sumatoria de las caras presentes en un cristal. Está dada por la clase cristalográfica a la que pertenece el cristal. Hábito de un cristal: aspecto del mineral en función de las caras más desarrolladas con el crecimiento de un mineral durante la cristalización, la tendencia es la formación de hábitos con formas cada vez más simples. La NUCLEACIÓN es el inicio de todo proceso de crecimiento mineral. Es necesaria la saturación del líquido en los componentes formadores de núcleos y depende de la T. La nucleación de un cristal involucra la adición de un número de pares de cationes y aniones a una estructura desordenada o poco ordenada. Se habla de nucleación homogénea cuando estos agregados no muestran luego una tendencia a deshacerse, fenómeno que ocurre de forma general a una T inferior al líquidus (cuando la Glíquido es mayor a la Gnucleo). La nucleación estable es un proceso dinámico en el cual hay un intercambio constante de cationes y aniones entre el núcleo y el líquido. Mientras tanto el tamaño del núcleo permanece aproximadamente constante al mantenerse la T constante. La nucleación heterogénea se da cuando un cristal se nuclea en la superficie de otro cristal. Factores que influyen en la Nucleación: Tensión superficial del líquido magmático, puede impedir el desarrollo del cristal. Se debe vencer la cohesión interna del líquido. Diferencia de energía libre (Gibbs) entre el estado sólido y el líquido. Temperatura Viscosidad: regulará la velocidad de nucleación y crecimiento. El crecimiento del cristal si bien es independiente de la nucleación, necesita un núcleo (un racimo embriónico de iones) que posee todas las características del cristal. La nucleación y el crecimiento de cristales son procesos de difusión (movimientos de masa espontáneos tendientes al equilibrio químico del sistema). Dependen del gradiente composicional, viscosidad y T. El fenómeno de nucleación ejerce un control mayor sobre las texturas de las rocas magmáticas, particularmente su tamaño de grano cristalinidad y vesicularidad. El fenómeno de crecimiento influencia mucho en la forma cristalina, en rocas magmáticas. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Hay una relación estrecha entre el tamaño del núcleo de un cristal y la densidad de nucleación, por un lado, y el grado de enfriamiento o supersaturación del magma, por otro. A la T de fusión del mineral de interés no hay núcleos estables prácticamente. Con 10°C de enfriamiento (10° menos de la T de fusión) el tamaño del núcleo es bastante grande. Con 50°C de enfriamiento, la nucleación se vuelve espontánea y la densidad y velocidad de nucleación son altas. La figura nos ayuda a entender cómo la velocidad de enfriamiento afecta el tamaño de grano de las rocas. El sobreenfriamiento tiene lugar cuando las temperaturas caen por debajo del punto de fusión y antes que la cristalización tenga lugar. TA: si la relación de enfriamiento es lenta, sólo escaso sobreenfriamiento será posible, ya que el nucleamiento es muy lento y la relación de crecimiento es muy alta: pocos cristales se formarán, pero serán cristales de gran tamaño. Común en rocas plutónicas. TB: si son sobreenfriadas, la relación de nucleamiento excede al crecimiento por lo que, muchos cristales pequeños serán formados. Típico de rocas volcánicas. TC: cuando hay muy alto grado de sobreenfriamiento puede ser insignificante las relaciones de nucleación y crecimiento, tal como ocurre en los líquidos solidificados a vidrio. En el punto donde se cruzan la curva de nucleación y crecimiento, se da lugar a rocas intermedias o hipoabisales, se dan en diques, con texturas finas y cristales de 2 a 3mm. Serie de Bowen Los minerales cristalizan en un orden sistemático basado en sus puntos de fusión. Durante la cristalización, la composición de la porción líquida del magma cambia Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa continuamente: produciéndose la remoción de elementos por parte de los minerales que fueron formados en las etapas iniciales de la cristalización, el fundido residual va enriqueciéndose en SiO2 a medida que la cristalización avanza y, además, los minerales formados pueden reaccionar químicamente con el líquido residual y ser modificados. Distribución de los elementos químicos en la cristalización Como herramienta para interpretar la historia evolutiva de las rocas ígneas. Los diferentes elementos tienen diferentes afinidades en cuanto a ambientes de residencia. Por ejemplo, el Si en residuos tardíos, el Mg en los fundidos recién formados, etc. Recordando a Goldschmidt: Algunos elementos metálicos “Siderófilos”: Fe, Pt, Mo. Algunos elementos sulfuros “Calcófilos”: S, Cu, Zn. Algunos elementos silicatados “Litófilos”: Si, K, Ca, REE. Los Elementos Traza ocurren en muy bajas concentraciones (ppm/ppb), no controlan la aparición de una fase mineral, pero entran en diferentes fases por sustitución, e identifican el tipo de fusión parcial.Reglas de Goldschmidt: 1) Dos iones de igual valencia y radio pueden intercambiarse fácilmente y entrar en solución sólida en cantidades equivalentes (PI= carga/radio). Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa 2) Si dos iones tienen radios similares e igual valencia (o carga), el menor será incorporado preferencialmente a la fase sólida antes que el líquido. 3) Si dos iones tienen radio similar pero diferente valencia, el ión con mayor carga ( >PI) será incorporado preferencialmente a la fase sólida sobre la fase líquida. 4) Regla de Ringood: la sustitución puede ser limitada cuando los iones que compiten tienen electronegatividades diferentes y forman enlaces con caracteres iónicos diferentes, aún cuando los criterios de tamaño y carga se cumplen. Para elementos traza: Es muy importante el coeficiente de distribución o reparto, el cual se calcula como D = [moles sólido] / [moles líquido]. Si D > 1, elementos compatibles (los traza que tienden a incorporarse a los cristales en etapas tempranas de cristalización). Si D < 1, elementos incompatibles (elementos traza tienden a continuar en la porción líquida hasta etapas finales de la cristalización). Pueden ser pequeños de alta carga: HFS (REE, Th, U, Ce, Pb, Zr, Hf, Ti, Nb, Ta), o de baja carga y radio (K, Rb, Cs, Ba, Pb, Sr, Eu) LILE de alta movilidad (Large Ion Litophile Elements). Se incorporan a los minerales o a los sólidos por: camuflaje, captura y admisión. Camuflaje: el elemento menor tiene carga y radio similares a las del elemento mayor al que sustituye. Ej: Ga3+ (0.62 A) por Al3+ (0.51 A) y Ge4+ (0.53 A) por Si4+ (0.42 A) en los silicatos. Captura: el elemento menor entra a un cristal preferencialmente porque tiene mayor potencial iónico que los iones del elemento mayor. Ej.: Ba2+ (1.44 A) o Sr2+ (1.21 A) por K+ (1.46 A) en los cristales de feldespatos con una sustitución conjunta de Al3+ por Si+4. Admisión: entrada de un ión foráneo que tiene un potencial iónico menor que el del ión mayor, ya sea porque tiene menor carga o mayor radio iónico, o ambos. Ej.: Rb+ (1.57 A) por K+ (1.46 A) en los feldespatos; Ca2+ (1.08 A) al Sr2+ (1.21 A) en la calcita; Cl- (1.72 A) por Br- (1.88 A) en los cloruros. La concentración de elementos traza y su actividad varía en relación directa con su concentración dentro del sistema. K/Rb: suele utilizarse. La importancia del anfíbol en un material fuente: el K y Rb se comportan de forma similar, por tanto K/Rb debería ser constante. Si en una roca hay anfíbol, casi todo el K y Rb deberían residir en él. Sr/Ba: elementos incompatibles. El Sr está excluído de la mayoría de los minerales excepto la Plagioclasa. Ba igual excepto en feldespatos alcalinos. Ejemplos con elementos compatibles: Ni fuertemente fraccionado = olivino > piroxeno Cr y Sc = piroxenos >> olivino. Ni/Cr o Ni/Sc permiten distinguir los efectos de la olivita y augita en la fusión parcial o la suite de rocas generadas por cristalización fraccionada. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Diagramas de variación de Harper y diagramas ternarios Los diagramas geoquímicas de variación parten de la base de que ellos ilustran el curso de la evolución química del líquido magmático. A partir de éstos se pueden observar las tendencias de los distintos elementos químicos durante la cristalización únicamente fraccionada. En el diagrama de Harper se ilustra el % en peso de algún óxido contra el % en peso del SiO2 en el eje de las x. Al SiO2 se le denomina índice de diferenciación, es un compuesto que muestra una evolución. Si las rocas son co-magmáticas entonces aparece en los diagramas una tendencia química. Provincias y series magmáticas Judd (s.XXVIII) establece asociaciones de roca con relaciones de “parentesco”. Harper (1897) y Becke (1903) Principio Comagmático o de Consanguineidad Existe una relación comagmática o de cosanguineidad entre las rocas cuando a través de determinados parámetros (químicos, isotópicos, etc.) se verifica que el conjunto estudiado deriva de un magma primario o parental, el cual durante la cristalización sufrió determinados procesos de diferenciación. Magma Primario: aquel cuya composición química prácticamente no varió desde su origen (desde que se formó), y tiene derivación mantélica directa. Cuando NO tiene derivación mantélica directa, se denomina Magma Primitivo. Magma Parental: aquel magma que una vez formado fue afectado por procesos de diferenciación magmática, dando lugar a magmas derivados. Puede ser primario o no. Provincia Magmática: conjunto de rocas pluto-volcánicas de ocurrencia restricta en el espacio (distribución espacial definida) y en el tiempo (edad geológica restringida) con características mineralógicas, químicas, estructurales y metalogénicas específicas. Serie Magmática: manifestación plutono-volcánica que recorre el tiempo y espacio, con características mineralógicas, químicas y evolutivas bien definidas. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Una Serie es un conjunto o asociación de rocas genéticamente relacionadas por procesos de diferenciación magmática (son co-magmáticas o cosanguíneas). Las rocas que forman una Serie comparten un lugar, tiempo y evolución. Igual contexto geodinámico, período de tiempo y procesos de diferenciación. A través de la definición de SERIE MAGMÁTICA es posible rescatar los procesos evolutivos que generan el parentesco entre las diferentes rocas: fraccionamiento (FC), Asimilación y fraccionamiento (AFC), etc. Series Magmáticas: Tholeítica Calco-alcalina Alcalina Shoshonítica Komatítica/Anortítica (arqueano?) Serie Tholeítica Alto contenido en FeO y Fe2O3. Aumento del hierro en los miembros intermedios durante la diferenciación, siguiendo la tendencia de Frenner. En la diferenciación magmática en lugar de aumentar el SiO2 aumenta el hierro. No sigue a Bowen. Predominan los basaltos. Baja relación K2O+Na2O/SiO2, o sea pobre en álcalis. Sobresaturación el SiO2 (hipersteno y cuarzo normativos). Pigeonita característica de la serie. Olivino en fenocristales y con evidencias de reacción con el líquido que lo transforma en ortopiroxeno. En los miembros intermedios el olivino está ausente, pero en las lavas ácidas se lo puede encontrar como fayalita. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Miembros: basalto picrítico (oceanita), toleíta de olivino, toleíta de cuarzo, andesita basáltica (islandita), dacita, riolita. Característica de MORB, OIB.. Serie Calco-alcalina Rica en Al2O3 . Aumenta el SiO2 con la diferenciación. Presentan más Ca y Na que potasio. Predominan las andesitas. Bajo contenido en FeO+Fe2O3. Siguen la tendencia de Bowen durante la diferenciación. En un diagrama álcalis / sílice se sitúan en un campo intermedio entre las series toleítica y alcalina en donde Na2O > K2O. No hay enriquecimiento en Fe en los miembros intermedios, debido a la cristalización precoz de los óxidos de Fe y Ti, Hiperstena característica, tanto en cristales como en la matriz, Olivino en fenocristales, a menudo inestables, que se transforman a piroxénos. Lavas intermedias y básicas con frecuencia porfídicas, Plagioclasa y clino piroxeno en fenocristales a menudo con zoneamiento marcado. Presencia frecuente de hornblenda y biotita, es decir minerales hidratados. Miembros: Basaltos ricos en alúmina - Andesitas - Dacitas – Riolitas. Ejemplo; Vulcanismo Circumpacifico. Se dan exclusivamente en zonas de suducción: OIA y MCA (márgenes continentales activos). Serie Alcalina Rica en álcalis (K, Na) Aumenta el SiO2 en la diferenciación Predominan los basaltos Enriquecimiento variable en Fe en los miembros intermediosSe distinguen dos sub series: Moderadamente alcalina, Contenido de Ne normativa es < 5% Fuertemente alcalina, si su contenido en Ne normativa es mayor de 5 %. Serie muy alcalina: Ankaramita-Basanita-Nefelinita oAnalcitita o Leucitita Serie moderadamente alcalina: De acuerdo con la relación Na2O / K2O se distinguen otras dos sub series: Una sódica con ( Na / K > 1) Otra potásica pero ( Na / K < 1) Sub serie Sodica: Ankaramita-Basanita-Hawaiita Mugearita-Benmoreíta Fonolita de nefelina o Traquita Sub serie Potasita: Ankaramita-Basanita Traquibasalto-Tristanita Fonolita de leucita o Traquita rica en K. Rocas Peralcalinas: Valor alto de la relación álcalis / sílice. Pantelleritas y Commenditas: Olivino y feldespatoides normativos. Olivino estable en fenocristales y en la matriz. Presencia de feldespatoides. Ausencia de piroxenos pobres en calcio. Miembros intermedios raros Presencia de augita, a menudo titanífera. Feldespato alcalino presente en todos los miembros, incluyendo los máficos. Frecuencia de xenolitos ( nódulos) peridotíticos y eclogíticos. Ejemplos: Rifts de África Oriental y Oriente de México Sierra San Carlos y Sierra de Tamps. Se da en OIB y OIA. Serie Shoshonítica Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Serie rica en K, aparece solo en zonas de subducción. Contenido elevado en K ( K2O / Na2O cercano a 1). Contenido relativamente bajo en TiO2. Comportamiento variable del Fe. Grado variable de saturación en sílice (q ó ne normativos). Abundancia de feldespato potásico en todos los miembros. Fenocristales zoneados de olivino, plagioclasa y ortopiroxenos. Olivino rico en hierro en la matriz. Presencia de flogopita, analcima, leucita o tridimita. Miembros: Basaltos shoshoníticos ( absarokitas ) - Shoshonitas – Latitas. Ejemplos; Volcanes Absaroke (Wyoming) y Stromboli (Italia). La Serie shoshonitica (o alcalina) representa las ultimas manifestaciones volcánicas de la zona de subducción cuando la placa es continental. Algunas veces es reemplazada por la serie alcalina. Las shoshonitas son lavas básicas, en su mayoría semejantes a los basaltos calco alcalinos, excepto que su contenido en K2O es anormalmente elevado y más o menos igual al del Na2O. Exclusiva de ZS= OIA y MCA. Etapas de consolidación magmática Etapas sucesivas en la consolidación de los magmas. Paul Niggli (1938) consideró a la Litósfera como un complejo polifacético al cual es posible aplicarle la regla de las fases. Para ello construyó varios diagramas que intentan explicar las cinco etapas sucesivas de la consolidación de los magmas en las rocas ígneas y en los yacimientos minerales relacionados con ellas, a las que denominó de la siguiente forma: ortomagmática, pegmatítica, neumatolítica, hidrotermal y solfatárica. Etapa Ortomagmática Durante esta etapa cristalizan los silicatos que van a formar la roca principal del macizo plutónico, desde el olivino hasta el cuarzo, y minerales de importancia Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa económica, como la pentlandita, nicolita, cromita, ilmenita, magnetita y diamante, así como los metales nativos del grupo del platino. Al final de esta etapa la roca se ha consolidado, quedando en solución los volátiles y la parte más soluble de los refractarios. Etapa Pegmatítica Durante esta etapa el líquido residual se infiltra en las fracturas de la roca ígnea y de las rocas encajonantes. LOS VOLÁTILES QUE LLEVAN LOS REFRACTARIOS DAN LUGAR A LA FORMACIÓN DE GRANDES CRISTALES (MAYORES DE 32MM) QUE CONSTITUYEN LAS ROCAS, POR LO GENERAL FILONIANAS, QUE SE DENOMINAN “PEGMATITAS”. Algunas de ellas se explotan por su contenido en litio, berilio, niobio, tántalo, torio, tierras raras, micas, feldespatos para cerámica, cuarzo piezoeléctrico y piedras preciosas como el zafiro y rubí (variedades del corindón), la esmeralda, aguamarina, heliodoro y morganita (variedades del berilo), así como el topacio. Etapa Neumatolítica En la etapa neumatolítica el material intersticial es gaseoso y al circular a través de los poros de las rocas se comportará sobre todo como agente destructor. En su presencia los feldespatos son seudomorfizados por: La turmalina (turmalinización) Las werneritas (escapolitización), o bien por Una mezcla de cuarzo y mica blanca (greisenización) En la aureola peri plutónica se individualizan, además filones de cuarzo que pueden contener elementos explotables, como el Sn, W, Mo y Bi, a partir de la casiterita, wolframita, molibdenita y bismutinita, respectivamente, denominada la tetralogía neumatolítica. Etapa Hidrotermal En la etapa hidrotermal el vapor de agua se condensa, dando lugar a líquidos que pueden contener diversos minerales solubles. El enfriamiento de las soluciones produce la precipitación de dichos minerales, dando origen a yacimientos de: Cobre, Oro, Plomo, Zinc, Plata, Antimonio, etc. La roca puede sufrir las siguientes alteraciones hidrotermales: Caolinización de los feldespatos potásicos Sericitización de las plagioclasas Cloritización de la biotita y hornblenda Uralitización de los piroxénos Serpentinización del olivino, y la Propilitización, fenómeno que da lugar a la formación de rocas verdes compuestas de epidota, actinolita y clorita, acompañadas de sericita, calcita, albita y pirita, que con frecuencia son indicios de una mineralización sulfurosa hidrotermal. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Etapa Solfatárica Finalmente, en la etapa solfatárica se escapan gases como el SO3, CO2 y H2BO3. En algunos lugares se llegan a explotar el bórax y el azufre nativo, generados en esta etapa. Diagramas de Fase Para explicar la diversidad y variación de RI se deben entender los procesos ígneos, debido a que el único caso en que se puede estudiar de forma directa es con los derrames de lava, es necesaria la geoquímica petrológica experimental (química+termodinámica) en las que se simulan composiciones y condiciones distintas que permiten modelar lo que sería la cristalización y formación de magmas. La cristalización implica la separación sucesiva de varios sólidos a partir de un líquido, y esto es lo que representan los Diagramas: muestran los estados de equilibrio estables en función de variables intensivas (presión, temperatura, composición, etc.) siendo T y composición las que más importan en petrología. Regla de las Fases Es la que nos dice cuántos sólidos podrán formarse a partir de un fundido. Es un principio termodinámico (a partir de Gibbs) que relaciona las fases que pueden coexistir en un sistema con las variables y componentes que tenga ese sistema. Su representación gráfica son los diagramas. Fase: cualquier fracción, incluyendo la totalidad, de un sistema que es físicamente homogéneo en si mismo y unido por una superficie que es mecánicamente separable de cualquier otra fracción. Una fracción separable puede no formar un cuerpo continua, por ejemplo un líquido disperso en otro. Un sistema compuesto por una fase es homogéneo, uno compuesto por dos o más es heterogéneo. Componentes: es el menor número de constituyentes químicos, independientemente variables, necesarios y suficientes para expresar la composición de cada fase presente en cualquier estado de equilibrio. De los componentes de un magma por lo menos el 90% son óxidos de elementos mayores: 9 ó 10, esto nos da muchas posibilidades. F=C-P+X, siendo C los componentes del sistema, P las fases que tiene dicho sistema, X las variables que considero y F el número de grados de libertad del sistema (número de condiciones que pueden ser arbitrariamente modificadas). Para la mayoría de los problemas geológicos se reduce a F=C-P+2 (PyT), y para la cristalización magmática F=C-P+1 que sería T suponiendoP constante para simplificar. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa En la cristalización magmática los fundidos silicáticos tienen: una fase líquida y una o más fases sólidas (minerales), el número de componentes es de 9 ó 10 constituyentes mayores, por lo que el número máximo de grados de libertad del sistema es F=9 considerando una sola fase. Para representar un sistema con nueve grados de libertas se necesitan 9 dimensiones, no es viable en papel, pero como la cristalización se va dando en etapas “independientes y sucesivas”: cada una involucra sólo algunos de los muchos componentes, de esta forma se va viendo cada etapa por separado en los experimentos que son una simplificación de la realidad y no pueden contradecir lo que se observa en la roca. Diagrama para: sistema a un componente El componente será una variable fija. En este caso elegimos el agua para explicarlo. Si estoy en un campo, por ejemplo H2Oliq, y hago un pequeño cambio en una de mis variables, seguiré estando en ese campo. Si estoy en un campo y hago un gran cambio en una de mis variables entonces el sistema reacciona modificando la fase para acomodarse a las nuevas condiciones. Para mantener el equilibrio: Cuando estoy en un campo tengo dos grados de libertad. Cuando estoy sobre el punto triple tengo 0 grados de libertad. Cuando estoy sobre las líneas tengo 1 grado de libertad. En condiciones superficiales hay agua en estado líquido y en estado gaseoso en atmósfera, pero es un sistema abierto, o sea que estaría sobre la línea líquido- vapor. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Sistema a dos componentes o binario Caso 1- cristalización de dos sustancias distintas en equilibrio En el punto A tenemos una composición de 80% Diópsido – 20% Anortita, la cual sobre la línea líquidus forma un líquido coherente. Cuando llega al punto del líquidus (a 1360° aprox), comienza a cristalizar Diópsido, de esta forma el íquido se va enriqueciendo en composición anortítica. Cuando llega al punto E todo cristaliza (puede llevar miles de años si se mantiene es esa temperatura del E). Quedan cristales de Di en una matriz Di-An, cada uno cristaliza puro (un Di no va a tener un Al metido). En el punto B tenemos 20% Di – 80% An, sobre el liquidus forma asimismo un líquido coherente. Luego, cuando llega al líquidus comienza a cristalizar Anortita y el líquido se enriquece en composición diópsiditica. Sigue enfriándose hasta llegar al punto E donde cristaliza la matriz An-Di en que estarán inmersos los cristales de An formados. El punto E o eutéctico indica la Tmin que por debajo de ella todo está sólido. Mientras que va evolucionando mi composición por el gráfico me deslizo por la superficie del líquidus. También sirve para analizar la fusión. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Caso 2- solución sólida en equilibrio Plagioclasa La composición inicial de mi fundido es m, y empieza a cristalizar una plagioclasa en el punto a1: la leo en b1 y tiene composición 80% An. Sobre el líquidus veo la composición del líquido y su evolución (a), mientras que en sólidus veo la de los cristales (b). En a3 encontramos la úlima gotita del líquido que reacciona con el penúltimo cristal, dando en b3 el último cristal de composición igual a m. Esto en un caso ideal de cristalización en equilibrio: se forma un cristal → reacciona con el líquido → forma un cristal……. Si durante la cristalización el sistema no estuvo en equilibrio el cristal se puede presentar zoneado (indica momentos de desequilibrio: signos de crist. Fraccionada): el cristal no estuvo en todo momento en interacción con el líquido. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Caso 3- Eutéctico Doble En el punto azul la nefelina comienza a cristalizar a aprox 1200°, sigue su evolución por la superficie del liquidus y cuando llega a E reacciona la nefelina con el cuarzo formando albita. Quedan cristales de Ne en una matriz Ne-Ab. En el punto naranja el resultado son cristales de Ab en una matriz Ab-sílice. En el punto verde, cristales de sílice quedan en una matriz Ab-silícea. Caso 4- Eutéctico con fusión Incongruente Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Las texturas micrográficas se relacionan con fusión incongruente. Un punto de fusión incongruente es aquel en el que el sólido que funde lo hace dando, por un lado, un fundido y por otro, dejando atrás un residuo sólido, ambos de distinta composición a la del sólido inicial. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Caso 5- Solución sólida con punto de fusión mínimo Solvus – una fase mineral se separa de la otra (dentro del otro: pertitas). Si el sólidus y el solvus están pegados en la gráfica los cristales ya de entrada quedan en dos fases. Pertitas, exsolución…. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Caso 6- sistema ternario con eutéctico Si comienzo a enfriar el fundido de una determinada composición iré bajando perpendicularmente a las isotermas. La isoterma más cercana al eutéctico ternario es la de menor temperatura. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Regla de la Palanca % en peso de fase sólida = (W0 – Wl)/ (Ws – Wl) % en peso de fase líquida= (Ws – W0)/ (Ws – Wl) Precauciones del uso de diagramas: Los magmas naturales son químicamente más complejos que los simulados en el laboratorio (estos son hipotéticos e ideales). No todas las rocas magmáticas representan la composición del magma del cual cristalizaron. Ej.: la dunita es una acumulación mecánica de olivino, no es un magma de composición olivínica. Algunas rocas magmáticas resultan de mezclas heterogéneas de dos magmas de composiciones distintas. Diversidad y clasificación de Rocas Ígneas La clasificación de las rocas ígneas se separa en dos grupos: química y mineralógica-textural. En función del ambiente de cristalización/ consolidación Rocas Plutónicas e Hipoabisales Identificación textural: texturas gruesas a medias. Estructuras primarias: enclaves, diques, nódulos. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Rocas Volcánicas Identificación textural: texturas finas a vítreas. Estructuras primarias: flujo, escape de gases. Criterios químicos: Acidez: % en peso de SiO2 Indica el grado de evolución de la roca. Rocas ácidas: > 66% Rocas intermedias/neutras: 66 – 52% Rocas básicas: 52 – 45% Rocas ultrabásicas: < 45% Estas cuatro categorías no tienen una relación directa con la cantidad de cuarzo modal en la roca, aunque como regla general las rocas ácidas contienen cuarzo y las básicas no. Dos rocas que tengan idénticas concentraciones de sílice pueden tener una gran diferencia en la cantidad de cuarzo, y dos rocas de similar contenido en cuarzo pueden tener concentraciones en sílice distintas, dependiendo de la composición y la cantidad de otros minerales en la roca. Saturación en sílice Se basa en la presencia de fases minerales estables o no con el grupo de la SiO2. Los minerales NO estables con el grupo de la sílice son: feldespatoides (foides), piroxenos titaníferos, olivinos magnesianos, corindón. Minerales estables con el grupo de la sílice: feldespatos, piroxenos pobres en Al2O3 y TiO2, anfíboles ricos en Fe, esfeno, circón, turmalina, magnetita, ilmenita, rutilo. A partir de esto las rocas se clasifican en: Sílice-sobresaturadas: contienen cuarzo o sus polimorfos (cristobalitay tridimita), un ejemplo es el granito. Sílice-saturadas: contienen Hy (hipersteno), pero no Qz, Ne (nefelina) u Ol. O sea, no cuarzo, ni feldespatoides, ni olivino. Por ejemplo: diorita y andesita. Sílice-subsaturadas: contienen Ol y posiblemente Ne (Mg-olivina y posiblemente feldespatoides, analcima, perovskita, granate melanita, melilita). Por ejemplo una sienita nefelínica. La siguiente afirmación no es cierta: “Una roca supersaturada equivale a una roca con cuarzo modal y por lo tanto se trata de una roca ácida. Asimismo, una roca subsaturada sería implícitamente una roca básica.” Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa La saturación en sílice se basa en el SiO2 modal de la roca (qzo,trd,crs), mientras que la acidez se basa en el % en peso de sílice proveniente del análisis químico, por lo tanto no siempre una roca con cuarzo modal es ácida, y no siempre una roca que no tiene cuarzo es básica. Por ejemplo una sienita nefelínica no tiene cuarzo modal y tiene foides, por lo tanto es insaturada pero no es básica sino intermedia/neutra. Aluminosaturación Se basa en la distribución relativa de Al2O3 entre los minerales. Es una clasificación basada en la relación molar 1:1 presente en los feldespatos. Al2O3 : (K2O-Na2O-CaO) Distribución de Al2O3 en la formación de minerales máficos aluminosos: Al2O3/álcalis+CaO = índice de aluminosaturación Rocas Peraluminosas: índice de aluminosaturación es mayor a 1, Al2O3 > álcalis+CaO. Rocas con turmalina, moscovita, corindón, sillimanita, andalucita, cordierita, granate, topacio. Rocas Metaluminosas: índice de aluminosaturación es menor a 1, Al2O3 < álcalis+CaO. Rocas con anfíboles y piroxenos sódicos (advfersonita, riebeckita, glaucófano), anfíboles cálcicos (hornblenda), titanita, biotita pobre en Al. Rocas Peralcalinas: en las cuales la relación molar entre el Al2O3 y únicamente los álcalis da: Al2O3/Na2O+K2O < 1. En estas rocas se encuentran: aegirina (Px), riebeckita-richterita (An) y aenigmatita. IUGS Se basa en el % de minerales esenciales (>10%) presentes en una roca (MODA), requiere datos modales precisos obtenidos a partir de láminas delgadas en un microscopio. Presenta un modelo para el conjunto de rocas con M < 90 (tanto plutónicas como volcánicas) y varios grupos para rocas con M>90. M = suma de minerales máficos (micas, anfíboles, piroxenos, olivinos), opacos y accesorios (circón, apatito, titanita, epidoto, alanita, granate, carbonatos primarios, etc). La clasificación IUGS expresa: La incompatibilidad entre el cuarzo y minerales insaturados Línea AP es el límite de rocas saturadas. Triángulo QAP: rocas saturadas, triángulo FAP rocas insaturadas. Concepto de mineral esencial y accesorio Importancia de la relación entre los Fd. Variabilidad composicional entre familias. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Normativa CIPW Se convierte la composición química (expresada en % en peso) de una roca ígnea, en una roca con la composición química ideal de un conjunto de minerales normativos. Limitaciones: no se tiene en cuenta el orden de cristalización, no se tiene en cuenta minerales hidratados, los minerales formados pueden no estar en la roca, no sigue una secuencia de cristalización mineral. Índice de color Es una clasificación basada en el % en volumen de minerales oscuros, máficos, presentes en la roca (se incluyen minerales máficos, silicatados, opacos, etc). De acuerdo con este criterio las rocas pueden ser clasificadas como: Leucócratas: índice de color entre 0-35% (claras) Mesócratas: índice de color entre 35-65% Melanócratas: índice de color mayor al 65% (oscuras) Por su textura Hace referencia a la relación de forma y tamaño de los componentes de una roca (cristales, vidrio o una combinación de ambos) y de la manera que se encuentran en contacto entre sí. Está determinada por las condiciones de cristalización del magma: un magma que cristaliza rápidamente formará cristales muy pequeños, mientras que un magma que cristaliza lentamente formará cristales grandes reconocibles a simple vista. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa La textura es un parámetro puramente descriptivo de gran utilidad a la hora de analizar el origen de las rocas y sus condiciones de formación. Grado de Cristalinidad Expresa la porción relativa entre cristales y materiales vítreos presente en una roca. Puede ser: Holovítrea: roca compuesta totalmente por vidrio. Hipovítrea: el material vítreo domina sobre la fracción cristalina. Hipocristalina: la fracción cristalina domina sobre la fracción vítrea. Holocristalina: la roca compuesta totalmente por cristales. Grado de Visibilidad Expresa la cantidad de cristales presentes en una roca que puede ser identificada a ojo desnudo o con la ayuda de una lupa de mano: Fanerítica: todos los cristales son reconocidos individualmente. Sub-fanerítica: sólo parte de la roca está formada por cristales que pueden ser reconocidos individualmente. Afanítica: los cristales pueden ser identificados sólo con la ayuda de un microscopio. La textura fanerítica se puede observar en rocas intrusitas, cristalizadas a partir del enfriamiento lento de un magma dentro de la corteza terrestre. Ej.: granitos. La textura afanítica aparece en rocas extrusivas, cristalizadas a partir de un enfriamiento rápido del magma extraído sobre la superficie de la Tierra como lavas. Ej.: riolitas, basaltos. Tamaño de los cristales a) tamaño relativo: Equigranulares: todos los cristales de dimensiones aproximadamente iguales. Porfiríticas: fenocristales de gran tamaño en una matriz fina. Inequigranular: los cristales presentan dimensiones diferentes. b) tamaño absoluto: Gigantes: cristales mayores a 10cm. Muy grueso: cristales entre 3 y 10cm. Grueso: cristales entre 1 y 3cm. Medio: cristales entre 1mm y 1cm. Fino: cristales entre 0,1 y 1mm. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Denso: cristales entre 0,009 y 0,1mm. Vítreo: sin cristales, material vítreo. Forma de los cristales Característica textural basada en la proporción entre minerales euhédricos (delimitaciones por caras externas cristalinas), subhédricos (parcialmente delimitadas por cara cristalinas) y anhédricos (sin caras cristalinas) presentes en la roca. Panidiomórfica: predominan minerales euhédricos (Ol, Px, Fd). Hipidiomórfica: predominan minerales subhédricos (Px, Anfíbol, micas, Pg). Alotriomórfica: predominan minerales anhédricos (cuarzo, fd K, foides). Contactos entre los cristales Cada cristal que constituye una roca ígnea presenta contactos estrechos con los cristales vecinos, originando una trama extremadamente fuerte. Las superficies de contacto pueden ser: Planar: los contactos son por yuxtaposición. Irregular: los contactos son por imbrincamiento mineral. Trama Mineral En la disposición espacial relativa de las diferentes especies minerales constituyentes de las rocas. Son muy variadas destacándose: Textura Intersticial: granítica, intersertal, subofítica, intergranular, etc. Texturas Equigranulares: sal y pimienta, aplítica, intergranular, etc. T. Inequigranular y Porfirítica: ofítica, poiquilítica, spinefex. T. de Intercrecimiento: mirmequítica, granofírica, gráfica, etc. T. de Reacción: coronítica T. de Escape de Gases: vacuolar, amigdaloide, etc. T. Cumulática: ortocumulática, mesocumulática, adcumulática. T. de Flujo T. de Desvitrificacion: esferulitas. T. de Hidratación: perlítica. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Volcanismo,asociaciones volcánicas y contexto geotectónico Minerales y productos volcánicos Los volcanes son le geometría característica que representan formas topográficas, negativa o positivas, pueden ser de forma lineal a través de fisuras, así como también pueden ser de tres estados diferentes: Activo: volcán en erupción o que ha estado en erupción en períodos históricos. Adormecido: volcán que no está en erupción pero puede estarlo, es esperada. Extinguido: volcán apagado que ya no entrará en erupción. Los volcanes pueden o no ser destructivos, además de brindar información sobre cómo funciona la Tierra también tienen importancia económica (depósitos minerales, energía geotérmica, agricultura, etc). Los materiales y productos volcánicos son: magma (intrusito) y lava (extrusivo). Cuando el magma llega a la interfase corteza-atmósfera puede fluir como lava, en la cual el material fundido sale como material entero, no fragmentado, o puede fragmentarse produciendo la separación de la fase volátil del fundido. El magma es quien forma el edificio volcánico o volcán. La forma de los volcanes estará dada por la viscosidad de la lava y el magma (por lo tanto de su composición: mayor viscosidad a mayor SiO2). Los magmas ricos en SiO2 (+ de 65%) y baja temperatura (700°C) típicamente forman riolitas. Los intermedios (50-65%) y 900°C típicamente forman andesitas. Y los magmas pobres en SiO2 (- de 50%) y alta temperatura (1200°C) típicamente forman basaltos. Productos volcánicos Lava: magma que alcanza la superficie, ya sea subaérea o subacuática, por procesos volcánicos. Flujos de lava: tienen formas tabulares, los flujos basálticos son los que tienen un comportamiento fluido. La lava puede tener un flujo tipo pahoe-hoe, de textura cordada (la costra superior se va estirando a medida que el flujo de abajo se mueve, el efecto es como si se viera una cuerda siempre en la capa superior del derrame), o tipo AA, de apariencia rugosa y textura en bloque (son especies de brechas o lavas en bloques, con un avance más lento pues las costras se rompen y quedan bloques englobados por lava de apariencia más rugosa). Piroclastos: fragmentos de roca resultantes de la rápida cristalización asociada a una erupción explosiva. De tamaño ceniza hasta bloque y bomba. Los flujos piroclásticos son densos, pues son una mezcla de gases con fragmentos de roca. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Los bloques son partículas sólidas o de lava enfriada, mientras que las bombas son eyectadas como lava y solidifican luego de la erupción. Gases: comúnmente encontrados en lavas, incluye vapor de agua, CO2, SO2, H2S, HCl. Texturas volcánicas típicas Vidrio (obsidiana) Textura Porfírica Vesículas y vacuolas: escoria (basalto con alto % vacuolar) y pómez (lava silícica con alto % vacuolar). Piroclastos (partículas tamaño ceniza hasta bloques y bombas): ceniza y polvo; pómez; lapilli (tamaño nuez); bloques (sólidos o de lava enfriada); bombas (eyectadas como lava) Disyunción columnar: fracturas de tensión generadas en materiales basálticos por contracción-expansión debida al enfriamiento y solidificación, fracturas paralelas verticales, de base hexagonal regular. Pillow-lavas: ocurren en derrames subacuáticos, con forma de almohadilla casi circular. La capa externa es de vidrio volcánico y la interior tendrá cristales más grandes. No pasan los 2m de espesor. Tipos de erupciones volcánicas Los estilos eruptivos son de diversa naturaleza y su amplia variedad se debe a diversos factores que controlan la violencia o explosividad. La temperatura del magma (lava), composición del mismo y los gases disueltos en él son los factores que controlan la viscosidad, capacidad de movimiento o fluidez del magma. A medida que aumenta el contenido en sílice aumenta la viscosidad. Los magmas más calientes son menos viscosos. Los gases afectan la movilidad del magma, se expanden dentro de éste a medida que se aproxima a la superficie (debido a la disminución de la presión). La capacidad de escape de los gases es controlada por la viscosidad de la lava, por lo tanto un magma más viscoso como el riolítico, retendrá más los gases y cuando salgan causarán una explosión más violenta que un magma basáltico. Erupciones Hawaianas Caracterizadas por elevada proporción de lava respecto a productos piroclásticos. Composición predominantemente basáltica. Son tranquilas, muy poco explosivas, constituidas por lavas muy fluidas. La salida de material piroclástico es reducida y se circunscribe a los alrededores de la salida o boca del conducto, donde forma un cono de escasa altura de bloques y bombas cementados por lava. La forma de volcán asociada es la de escudo, de escasa altura y gran extensión lateral. Cámaras magmáticas profundas, en el manto. Erupciones Estrombolianas Se producen por la vesiculación y la fragmentación de magmas poco viscosos, Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa de composiciones basálticas a andesíticas. Como consecuencia de la baja viscosidad, el magma posee alta ductilidad, por lo cual las burbujas pueden crecer fácilmente. Esta propiedad permite que varias burbujas se unan entre sí, adquiriendo un gran tamaño, de hasta varios metros de diámetro. Por este motivo la fragmentación afecta a grandes volúmenes de magma generando una erupción parcialmente explosiva, con emisión de abundantes lavas y con gran cantidad de bombas y bloques. El material piroclástico de grano fino es escaso. La altura de la columna es baja y la trayectoria de las bombas es de tipo balística, por lo cual se acumulan en un área restringida. Las erupciones estrombolianas pueden corresponder a erupciones provenientes de cámaras profundas o semiprofundas (no menos de 6 km de profundidad). Sus características de explosividad y erupción son intermedias entre las del estilo hawaiano y las vulcanianas. En consecuencia, la morfología de los volcanes es también intermedia. Erupciones Vulcanianas Son erupciones explosivas de muy alta velocidad (400 m/s) que se suceden a intervalos de corto tiempo. La columna eruptiva está constituida por piroclastos, abundantes litoclastos, bombas, gases y vapor de agua. Estas columnas son de mediana altura, 10Km, aunque pueden alcanzar hasta 20Km. Su elevada explosividad se explica por la interacción con cuerpos de agua. Estas erupciones se asocian también al colapso de domos en crecimiento, que taponan el conducto permitiendo la concentración de presiones elevadas en el conducto volcánico. La ruptura del domo provoca la inmediata libración de esa presión. Las erupciones vulcanianas son propias de magmas de composición intermedia, andesitas y en menor proporción algunos basaltos, y las rocas son ignimbritas, tobas, depósitos de oleadas piroclásticas, coladas, e incluso lahares. Erupciones Plinianas Erupciones con alta proporción de material piroclástico, producto de una fuerte explosión, que forma una columna eruptiva de gran altitud. Asociadas a viscosos, con composiciones desde andesítica a riolítica. Tienen duración de horas hasta un par de días, y pueden extruir grandes cantidades de magma. La columna alcanza entre 27 a 33Km de altura, y tiene la forma de un pino acostado. Los volcanes asociados son los estratovolcanes, que poseen laderas de 30 a 40° y están constituidos por la superposición de flujos piroclásticos, depósitos de caída y lavas. Las erupciones subplinianas son similares a las plinianas pero de menor intensidad eruptiva. Están asociadas a la formación de domos y oleadas pirocláscticas, y representan un estilo intermedio entre las vulcanianas y plinianas. Ambos estilos, Pliniana y sub-pliniana, son catastróficas y muy destructivas. Su peligrosidad se debe al carácter exlosivo y al granvolumen de material arrojado a la atmósfera en un corto período de tiempo. Erupciones Surtseyanas Muy explosivas, catastróficas, que se producen con el contacto del magma con grandes volúmenes de agua. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Erupciones Freatomagmáticas Muy violentas, de alta explosividad, muy corta duración y un poder destructivo enorme. Se producen cuando el cuerpo magmático se intercepta con un lago o depósito de agua. Son típicas de ambientes continentales, y por su interacción con el agua se denominan freatomagmáticas o hidromagmáticas. Forman los volcanes denominados maares. Volcanes Características generales Orificios en el tope del volcán: Cráter: depresión abrupta en el tope, generalmente menor a 1Km de diámetro. Caldera: depresión mayor, superior a 1Km, producida por el colapso de las paredes y seguida por una erupción masiva. Conducto: conexión con la cámara magmática. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Volcanes Monogenéticos Son edificios volcánicos que se construyen en un solo ciclo eruptivo de poca duración (algunos meses hasta algunos años). De acuerdo a su morfología pueden ser clasificados como: a) Cinder cone o conos de escoria: construidos a partir de fragmentos de lava eyectados, tamaño ceniza. Ángulos de pendiente bien marcados, de pequeño tamaño, es frecuente su ocurrencia en grupos, llamados también conos estrambolianos o de piroclastos. b) Maares: se distingue de los conos de escoria por tener paredes internas abruptas, una pared exterior más suave y su base bajo la cota exterior. Normalmente, puesto que cortan el nivel de tabla de aguas, contienen un lago en su interior. Son manifestaciones volcánicas principalmente freatomagmáticas. Caracterizados por: presencia de figuras de impacto debajo de los bloques grandes; una pendiente suave menos a 10°; una estratificación bien marcada; por la gran abundancia de material fino. c) Anillos de toba (tuff rings): morfología caracterizada por paredes abruptas, tanto internas como externas, asociados a erupciones surtseyanas, violentas, como resultado entre el magma y el agua de mar o un lago, dando lugar a un material volcánico sumamente fraccionado. El vidrio volcánico se hidrata y se vuelve color caramelo, palagonitización. Poseen una estratificación muy marcada y cruzada ( en depósitos tipo Columna Eruptiva Zona de convección Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa oleadas basales = base surge). Marcas de impacto, grado de fragmentación importante. d) Domos de lava: característico de magmas viscosos ricos en volátiles, que no pueden tener una extensión lateral muy importante y tienden por lo tanto a acumularse alrededor del punto de salida dando morfologías del tipo domo (cuando tienen una forma con cierto desarrollo vertical) o tipo galleta (cuando son formas más aplastadas). e) Fisuras volcánicas: las erupciones ocurren a lo largo de una zona de fractura que se reactiva periódicamente, a través de diversos puntos. La actividad volcánica de tipo erupción Hawaiana se manifiesta a través de una serie de formas. Al iniciarse la erupción en el Mauna Loa, una cortina de fuego se activa a lo largo de toda la fisura en el flanco del volcán a una altura de 2900m. Volcanes Poligenéticos Son volcanes que se construyen durante varias erupciones, por un período típicamente superior a los 100.000 años, presentando volúmenes superiores a 100Km3 de magma. De acuerdo con su morfología pueden ser clasificados como: a) Tipo Escudo: extensos, con formas levemente dómicas, compuestos dominantemente por lavas basálticas, cubren grandes extensiones y son producidos por erupciones calmas sin explosiones, con grandes volúmenes de lava. Ej.: Mauna Loa, Hawaii. b) Estratovolcán: cono compuesto, localizados en su mayoría en zonas adyacentes al océano Pacífico. Importantes en tamaño, compuestos por capas intercaladas de derrames de lava y debris de materiales piroclásticos. Son los de erupción más violenta ya que sus lavas son muy viscosas, asociados a la etapa de expulsión de gases. Frecuentemente generan nubes ardientes (o flujos piroclásticos) de gases, cenizas y otras partículas, que se mueven pendiente abajo del volcán alcanzando velocidades de más de 200Km/h. Pueden producir lahares (flujos de barro volcánico) que pueden ocurrir debido a la lluvia intensa, a la fusión de un glaciar en lo alto del volcán, al vaciado de un lago hospedado en su cumbre o al desplome de una ladera, y colectan materiales de todo tipo. Las erupciones de estos volcanes pueden ser vulcanianas o plinianas. La distribución principal de la actividad volcánica se da en el cinturón circum- pacifico o “anillo de fuego” y en el cinturón mediterráneo. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Geometría Plutónicos Evidencia para su formación: Los cuerpos ígneos presentan parcelas de magma que ascienden a través de la litósfera y quedan atrapadas en la corteza al enfriarse y cristalizar. Una de las características que presentan todas las intrusiones es que en los bordes se enfrían rápidamente, formando aureolas cuyos tamaños de grano son diferentes (menores) a los que se formaron en el fundido. Ésta aureola dependerá de las características del magma (P, T, etc.). La evidencia clara son los xenolitos. Los atributos más importantes para un cuerpo intrusito son: a) Forma y dimensión del cuerpo b) Variación de las estructuras y texturas, y su distribución en el interior del cuerpo (sirve para entender la estructura regional). c) Variación de la composición, distrución, abundancia y dimensiones de las segregaciones tardías de los diferenciados magmáticos. d) Presencia de enclaves, bloques y pendants (pendientes como la roof- pendant). e) Naturaleza y geometría de los contactos con la roca caja y sus características reológicas. f) Concordancia o discordancia con las estructuras de la roca caja. g) Distribución y magnitud de la aureola térmica. h) Profundidad de formación, nivel de emplazamiento de la intrusión. Tipos de estructuras o geometrías ígneas Cuerpos ígneos Laminares Cuerpos Ígneos Globosos Tienen un comportamiento pasivo respecto al campo de esfuerzo regional, y los esfuerzos propios del magma no alcanzan para modificarlo, adaptándose a las estructuras de la roca caja. El magma desarrolla esfuerzos propios, interactuando con los esfuerzos residentes en la roca caja, hasta pueden llegar a superar a los de la caja imponiendo formas propias. Tienen elevada relación sup/volumen, y por tanto, son más propensos a una rápida pérdida de calor por conducción, enfriándose rápidamente. Tienen menor relación superficie/ volumen, conservan mejor el calor, prolongando la actividad del magma. Tipos de cuerpos: diques, filones capa; enjambres de diques o filones. Caracterizados por estar constituidos por dos superficies planas, paralelas entre si. Tipos de cuerpos: plutones y batolitos. Cuerpos ígneos laminares Diques: generalmente se agrupan constituyendo enjambres. Se los puede describir de forma: anular, radial y longitudinal, dependiendo de cómo se Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa distribuyan. Lo que lo diferencia de un filón es el contacto con la roca caja, es discordante, además de que está casi siempre rellenando fracturas. Filones: se diferencian de los diques por su concordancia y por su no asociación con fracturas. Están relacionados con planos de estratificación de rocas sedimentarias o secuencias volcánicas estratificadas. Forman enjambres. Lacolitos: son cuerpos emplazados en rocasestratificadas cuyas relaciones de contacto son concordantes, generalmente el piso es plano mientras que el techo es convexo hacia arriba. Facolitos: cuerpo ígneo de pequeña dimensión, concordante a las charnelas de los pliegues. Lofolitos: cuerpo ígneos con formas de palangana, cuyo piso no es plano y cuyo sector central es cóncavo hacia arriba. Cuerpos ígneos globosos Plutones: cuerpos magmáticos residentes en la corteza, cuyo enfriamiento es progresivo y continuo hasta el final de la cristalización. Las formas de los plutones se clasifican como masivas o irregulares, tabulares, cilíndricas o fungiformes (en forma de hongo), y también se dividen entre concordantes o discordantes; los concordantes tienen límites que corren paralelos a las capas de la roca intrusionada, conocida comúnmente como roca madre, y los discordantes tienen límites que cortan a través de las capas de la roca madre. Batolitos: constituido por varios plutones, asociados en el espacio y el tiempo. Hay batolitos orogénicos que se encuentran en los arcos magmáticos relacionados con los procesos de subducción. También están los anorogénicos o de intraplaca. El Metamorfismo Debido a que la Tierra es un planeta dinámico, constantemente ocurren cambios en los sistemas geológicos debido a la transformación y transferencia de energía y al movimiento de la roca, magma y fluidos, que se presentan principalmente cerca de los márgenes de placas. Los estados de equilibrio termodinámico son perturbados, causando que los sistemas de roca busquen estados más estables (menor energía) mediante el ajuste de su fábrica y composición. A estos ajustes equilibradores que ocurren durante el estado sólido a elevadas T se les llama Metamorfismo. '' El metamorfismo es un proceso que produce cambios en la mineralogía y/o textura de una roca en estado sólido. El proceso se debe sobre todo al reajuste Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa de la roca a condiciones físicas diferentes a las reinantes durante su formación, y distintas a las condiciones superficiales y diagenéticas. El metamorfismo puede coexistir con fusión parcial y puede también implicar cambios en la composición química global de la roca.'' IUGS Por lo tanto una roca metamórfica es un agregado mineral que refleja los ajustes a nuevos estados de equilibrio producidos por cambios en variables intensivas y estados de tensión (stress). El rango de los procesos equilibradores y los factores cinéticos que los controlan varía mucho, dependiendo de la fábrica y composición de la roca parental, la P y T del sistema en evolución, la composición de los fluidos en ese sistema, y el estado de esfuerzo prevaleciente. El metamorfismo se da mediante sucesivos cambios de fase, en los que desaparece un mineral o asamblea mineral inestable y aparecen minerales que mantienen el equilibrio en esas condiciones. Factores del Metamorfismo Influencias externas o ambientales que someten a la roca a nuevas condiciones forzándola a buscar nuevamente el equilibrio, llevando al metamorfismo. Los principales factores del metamorfismo son la temperatura, la presión (litostática, dirigida y de fluídos) y la composición de la fase fluída. Propiedades térmicas de las rocas Capacidad calorífica: mide el aumento de temperatura que provoca el aporte de una cantidad determinada de calor a una sustancia. Es el cociente entre cantidad de calor comunicada y el aumento de T provocado: C= ∆Q/∆T= J/K. Calor específico: cantidad de energía calórica que se le debe suministrar a una unidad de una determinada sustancia para que ésta aumente su T en una unidad: c = C/masa. Conductividad térmica: capacidad de una sustancia de transmitir el calor, o sea: la capacidad de una sustancia de transmitir la energía cinética de sus moléculas a otras adyacentes o a sustancias con la cuales no está en contacto. Se expresa como λ = q/ T que sería el cociente entre q que es el flujo de calor (por unidad de tiempo y unidad de área) sobre el gradiente de temperatura. La Ley de Fourier dice que el flujo de calor a través de un material es proporcional al gradiente de temperatura: q = -λ.(grad. T). Difusividad térmica: el calor se difunde paulatinamente, este índice expresa la velocidad de cambio y flujo de temperaturas en un material hasta que alcanza el Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa equilibrio. K = λ/ρC, que sería kappa es igual a la conductividad térmica sobre el producto de la densidad de la sustancia por la capacidad calorífica. Temperatura Magnitud física que refleja la cantidad de calor de un cuerpo, pero es diferente del calor es sí. El calor fluye desde los cuerpo que se encuentran a mayores T hacia los que tienen menores T, hasta nivelar las diferencias. No todas las sustancias necesitan la misma cantidad de calor para aumentar su T en una cantidad dada (calor específico). Las rocas son buenos aislantes del calor, tienen una conductividad térmica reducida lo que conlleva a que sean muy lentas conduciendo el calor. Flujo térmico: como el calor se transporta siempre desde los sitios de mayor T hacia los de menor T, si tenemos en cuenta a la Tierra con su interior caliente y una superficie fría, el resultado será un flujo constante de calor desde el interior hacia la superficie. Este flujo, llamado flujo térmico, se mide en W m2 o mW m2 (milivatios metro cuadrado). El flujo térmico medio en los océanos, aprox. 100 mW m2, es distinto del de los continentes, aprox. 65 mW m2. La razón de esta variación regional del flujo térmico se debe a tres contribuciones al flujo térmico superficial: El calor que fluye hacia la base de la corteza desde el manto. El calor generado por la desintegración de elementos radiactivos dentro de la corteza y que es mucho mayor en la corteza continental que en la oceánica. El calor transportado por cuerpos ígneos fundidos en el ascenso por la corteza. Además, las cadenas montañosas recientes poseen altos valores de flujo térmico debido a otro factor: el efecto conjunto de levantamiento y erosión provoca el transporte rápido de rocas calientes a la superficie. Gradiente Geotérmico y Geoterma: como el flujo térmico apunta hacia la superficie de la Tierra, una conclusión inmediata es que la temperatura aumenta con la profundidad. Este aumento no es constante, y es mayor más cerca de la superficie y disminuye a medida que la profundidad aumenta. Los gradientes geotérmicos cercanos a la superficie están en el orden de 15- 30°C/Km (aunque se dan valores extremos localmente entre 5 y 60°C/Km). Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa La Geoterma es la variación de T con la profundidad (La de la imagen es una figura característica de la corteza continental estable). El gradiente geotérmico es mayor en la litósfera debido a que ésta no sólo se calienta desde abajo (por el flujo térmico proveniente del manto) sino que también por la producción radiogénica de calor de elementos radiactivos que se encuentran en las rocas de la litósfera, esta radioactividad es la causa de la curvatura de la geoterma, sin ella, sería una línea recta. Este ejemplo es para corteza continental estable, y se trata de una geoterma estacionaria es decir que su forma no varía con el tiempo, representando una zona en la que hace ya mucho tiempo que no existen perturbaciones tectónica o ígneas. En cambio, en áreas tectónicamente activas, la geoterma será transitoria ya que las variaciones de T con la profundidad serán más complejas y variables en el espacio y tiempo. Las geotermas transitorias describen la relación T-profundidad para una localidad determinaday en un instante de tiempo determinado. Una geoterma transitoria modifica su forma paulatinamente hasta que desaparecen los efectos de la perturbación que produjo las modificaciones. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Se representan en P-T por lo general, en vez de profundidad-T. Presión La P en el interior de la Tierra mide la fuerza por unidad de superficie a la cual una roca está sometida. Depende del peso del material suprayacente, y por tanto de la profundidad. La unidad de P más utilizada es el kilobar (Kbar) siendo 1bar = 0.987atm. Pero en el SI se utilizan pascales (Pa) y esta es la tendencia dentro de la Geología, 1bar = 105Pa, 1Kbar = 108Pa = 0.1 Gpa (gigapascales). El estado de esfuerzo de una roca se mide por medio de un tensor simétrico de segundo rango con nueve componentes: En este tensor, escrito matricialmente, los componentes de la diagonal principal son los esfuerzos normales y las componentes situadas fuera de la diagonal los esfuerzos de cizalla. El acuerdo en Ciencias de la Tierra es utilizar valores negativos para los esfuerzos distensivos y positivos para los compresivos. Sin embargo, en las roca deformadas sólo se puede medir (generalmente) una magnitud escalar única, la P. Esta puede verse como el valor medio de los esfuerzos principales del tensor de esfuerzos y de hecho a veces se le denomina esfuerzo medio σm. Con la convención habitual de signos, la presión queda como un valor positivo: P = σm = (σ1+σ2+σ3)/3. Donde sigma 1, 2 y 3 son los esfuerzos principales, que son los esfuerzos normales cuando el sistema de referencia se ha rotado para hacer que todos los esfuerzos de cizalla sean nulos: Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Esfuerzo diferencial, es la diferencia entre el mayor y el menor esfuerzo principales: σd = σ1-σ3. Esta medida nos habla de lo lejos que está un estado de ser isótropo y da una idea de lo capaz que es un estado de esfuerzos de producir una deformación permanente, ya sea frágil (diaclasas y fallas) o dúctil (pliegues). Presión litostática: presión total ejercida sobre un punto en el interior de la corteza terrestre debida al material suprayacente, es el producto de la densidad media ρ (Kg/m3) de las rocas situadas por encima, la profundidad h (m) y la aceleración de la gravedad g (9.81 m/s2). Pl = ρgh. En la mayor parte de los ambientes metamórficos (no en todos) la fuerza por unidad de área sobre un punto es aproximadamente uniforme en todas las direcciones e igual a la presión litostática. La P horizontal soportada por las rocas a varios Km de profundidad debe ser muy similar a la soportada verticalmente, debido a esto se utiliza el valor de la P litostática para aproximarnos al valor de la P confinante total a la cual la roca está sometida. Esfuerzo desviatorio: La P litostática es igual en todas direcciones por definición de forma que no causa deformación por grande que sea. La deformación es el resultado de que estén actuando sobre una roca esfuerzos desiguales en direcciones distintas. Una roca sometida a esfuerzos diferentes en direcciones difrentes está sometida a un esfuerzo desviatorio. Si llamamos σ1 al esfuerzo vertical y σ2 al horizontal, si σ1=σ2 entonces tenemos una Plitostática y la deformación es nula. La presión dirigida influye en: • Incremento de la energía libre de los cristales, actuando como catalizador. • Aumento de la permeabilidad, lo que facilita la circulación de fluídos. • La remoción constante de las superficies de contacto de los cristales, es decir que ''agita'' el material. • Aumento de la temperatura del sistema por medio de la fricción. La presión dirigida es la causante de la foliación y/o esquistosidad, o sea la alineación de minerales, y la rotación de minerales. Hay tres tipos de esfuerzos diferenciales: • Tensión, que genera estiramientos. • Compresión, que genera achatamientos. • Cizalla (shear). Presión de fluidos: es la presión que ejercen los fluidos que están en poros, límites de grano y fracturas de la roca, se escribe Pf. Cuando la roca está “seca” Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa la presión de fluidos es nula y la P litostática actúa a través de los contactos entre los granos manteniéndolos unidos. Si en los poros existe fluído, la presión del fluido actúa en dirección opuesta, reduciendo la presión efectiva Pe = Pl-Pf que soportan los contactos entre granos, favoreciendo la deformación de la roca (frágil ó dúctil) si existen esfuerzos desviatorios. Los procesos de compactación, junto con los de expansión térmica de los granos y la liberación de fluidos en reacciones de deshidratación (metamorfismo progrado) provocan la generación de presiones de fluido próximas a la P litostática (o sea, P efectivas muy bajas). Si la P de fluido se hace mayor que la litostática, la roca pasa de un estado compresivo a uno distensivo, y si esta distensión supera la resistencia de la roca a la tracción se produce su fractura por el mecanismo de fracturación hidráulica. Durante el proceso el fluido escapa a través de las fracturas producidas, disminuyendo así el valor de la P de fluidos y retornando a la roca a un estado compresivo. A medida que la roca se enfría (metamorfismo retrógrado), la Pf disminuye a valores muy bajos debido al escape de los fluidos durante la fase prograda y a la incorporación del fluido restante mediante de reacciones de hidratación en minerales de la roca que pasan a ser minerales hidratados. Fluidos Metamórficos La mayor parte de las rocas metamórficas contienen una fase fluida intergranular cuando están en profundidad. A bajas presiones el fluido es un líquido o un gas, pero a temperaturas mayores al punto crítico ya no hay diferencia entre liquido y gas, por lo que se utiliza el término de fluido supercrítico para hacer referencia a la parte no sólida que conforma las rocas metamórficas. Los fluidos desempeñan dos papeles fundamentales durante el metamorfismo: participan en reacciones metamórficas y transportan material en disolución. Evidencias de fluidos metamórficos: • Inclusiones fluidas (evidencia directa). Se conservan en minerales metamórficos formados en presencia de fluidos. Se han encontrado H2O, CO2, CH4, N2, H2S. • Muchas rocas metamórficas contienen minerales hidratados como micas y anfíboles, formados a altas T, lo que implica la presencia de agua (intersticial, absorbida o adsorbida) en el momento de su formación. Además los volátiles desprendidos en las reacciones de deshidratación y descarbonatación permanecen en contacto con la roca antes de ser expelidos, lo que incrementa la cantidad/variedad de los fluidos que hay en potencia. Virtualmente todos los fluidos intergranulares que estaban en equilibrio con la asociación de minerales formada a altas P y T, escapan cuando la P disminuye en el ascenso de la roca a la superficie. Es por eso que las evidencias directas de su presencia son escasas. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Límites del Metamorfismo Las temperaturas a las que se da el metamorfismo son mayores a los 200°C y menores a las de fundición de la roca preexistente. En realidad depende de la composición de la roca hasta qué punto llegará, referido al límite superior del metamorfismo. Paragénesis: sucesión de asambleas minerales que se reemplazan entre sí durante el metamorfismo. La distribución espacial sistemática en asambleas minerales que se forman durante el metamorfismo nos permiten delinear la zonación mineralógica, usando minerales indicadores de P y T. Asamblea Mineral: conjunto de minerales que caracterizan una roca en equilibrio. SecuenciaMetamórfica: conjunto de rocas formadas a partir de la misma roca original. Los grupos básicos de protolitos en función de su composición química son: Básica (% alto de Fe, Mg y Ca); Pelítica (% alto de Al, K y Si); Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Carbonática (Ca, Mg, CO2); Cuarzo-feldespática (Si, Na, K, Al); Ultrabásica (% muy alto de Mg, Fe, Ni, Cr). Grado Metamórfico Tilley en 1924 utilizó el término ''grado o estado de metamorfismo'' como a las condiciones P y T específicas bajo las cuales se ha formado una roca. Lo definimos hoy como la cantidad de transformación tanto mineral como textural que sufre la roca debido al incremento de P y T de metamorfismo. Los grados son bajo, medio y alto. Tipos de Metamorfismo Si tenemos en cuenta la composición química global del protolito y la de la roca metamorfizada: Metamorfismo Isoquímico: la composición global de la roca se mantiene aproximadamente constante (con excepción de volátiles como H2O y CO2). Metamorfismo Aloquímico o Metasomatismo: la composición global de la roca varía significativamente, tanto por aporte como por pérdida de determinados elementos. Por otro lado, si tenemos en cuenta al factor principal del metamorfismo: Metamorfismo Térmico: el factor principal es la temperatura. Metamorfismo Dinámico: el factor principal es la P dirigida o esfuerzo desviatorio. Metamorfismo Dinamo-térmico: tanto T como P son factores importantes. En base a la situación geotectónica y escala: Metamorfismo Local: metamorfismo de contacto, metamorfismo hidrotermal, metamorfismo en zonas de falla (cataclástico), metamorfismo de impacto. Metamorfismo Regional: metamorfismo de fondo oceánico, metamorfismo orogénico, metamorfismo de soterramiento (burial). Zonas metamórficas En 1891 Sederholm fue el primero en emitir la idea de que distintos metamorfismo tienen lugar a distintas profundidades. El concepto de zonas de profundidad fue desarrollado por Grubenmann y modificado por Niggli. Estos autores definen tres zonas de profundidad: epizona, mesozona y catazona. Pero estos conceptos fueron desplazados por el de facies metamórfico, al concluír que la profundidad no siempre indica la T a la que se somete una roca. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Hoy en día se utiliza el término de Zona mineral: zonas en el campo, las cuales marcan la primera aparición de un determinado mineral índice. Junto con este término se utiliza también el de Isógrada mineral: límite entre dos zonas metamórficas consecutivas, que marca una linea en el campo metamórfico constante. • Zona de la Clorita: las rocas lutíticas originales se convirtieron en pizarras o filitas, y normalmente contienen clorita, moscovita, cuarzo y albita. • Zona de la Biotita: las pizarras dan paso a las filitas y los esquistos, con biotita, clorita, moscovita, cuarzo y albita. • Zona del Granate: aparecen esquistos con porfidoblastos muy aparentes de granate almandínico, normalmente junto con biotita, clorita, moscovita, cuarzo y albita u oligoclasa. • Zona de la Estaurolita: aparecen esquistos con estaurolita, biotita, moscovita, cuarzo, granate y plagioclasa. Puede haber clorita presente. • Zona de la Distena: esquistos con distena, biotita, moscovita, cuarzo, plagioclasa, y normalmente también granate y estaurolita. • Zona de la Sillimanita: esquistos y gneisses con sillimanita, biotita, moscovita, cuarzo, plagioclasa, granate y a veces estaurolita. Puede haber algo de distena, pero como distena y sillimanita son polimorfos de Al2SiO5 no deberían estar juntos salvo en condiciones especiales. Facies Metamórfico ''Un facies metamórfico es un conjunto de asociaciones minerales repetidamente asociadas en el espacio y en el tiempo, de modo que exista una relación constante, y por tanto, predecible entre la mineralogía y la composición química global de la roca.'' Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Turner (1981) Por tanto, un facies metamórfico es una colección de asociaciones minerales que han cristalizado en las mismas condiciones de P y T. Por la definición de Eskola (1915), si sabemos la composición química de una roca y la P y T a la que estuvo sometida, podremos predecir su asociación mineral. El concepto de facies metamórfico se utiliza como herramienta descriptiva (relacionando la composición de la roca con su mineralogía) y también como una herramienta interpretativa (ya que sirve para conocer el rango de presiones y temperaturas que caracterizan a cada facies). Hoy en dia se utilizan principalmente para el metamorfismo regional de metabasitas y metapelitas. Según Yardley (1989) hay 11 facies y se agrupan en: • Facies de grado muy bajo: ceolitas y prehnita-pumpellyita. • Facies de metamorfismo de contacto: corneanas albita-epidota, corneanas anfibólcas (Hbl), corneanas piroxénicas y sanidinitas. • Facies de P moderada y T media a alta: esquistos verdes, anfibolitas y granulitas. • Facies de alta P: esquistos azules y eclogitas. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Series de facies metamórficos Ciertos grupos de facies metamórficos se asocian más comúnmente que otros en cinturones orogénicos, mientras que otras no aparecen nunca juntas. Definidas de forma simple, estas series son las secuencias de facies que se observan al recorrer un cinturón orogénico perpendicularmente a su eje. Serie de facies Franciscana o Sanbagawa corresponde a la serie de alta P y baja T de Miyashiro. El gradiente geotérmico aparente es menor de 10°C/Km. También recibe el nombre de serie de facies glaucófana-jadeíta, por estos los minerales más característicos (la glaucófana que es un anfíbol sódico, al subir la P y T, se transforma en un piroxeno sódico, la jadeíta). La sucesión de facies es Ceolitas→ Prehn-Pump → Esquistos Azules → Eclogitas. Serie de facies Barrowiense De P media y T media a alta. También denominada distena-sillimanita, por ésta la transición que se da entre los aluminosilicatos al aumentar el grado. Corresponde a un gradiente geotérmico aparente de 20-40°C/Km. La sucesión de facies es Esquistos Verdes → Anfibolitas con epidota → Anfibolitas → Granulitas. Serie de facies de Buchan o Abukuma O serie de baja presión, también llamada serie Andalucita-Sillimanita. Gradiente aparente de 40-80°C/Km. La sucesión de facies sería Esquistos Verdes → Anfibolitas → Granulitas. El gradiente Abukuma se da en arcos y tras-arcos insulares, cadenas de hipercolisión, zonas de extención en cercanías de la dorsal. Serie de facies de Metamorfismo de Contacto De muy baja P y T media a alta. Gradiente geotérmico aparente mayor a 80. La sucesión de facies es Corneanas Ab-Ep → Corneanas Hbl → Corneanas Px → Sanidinitas. Que Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Los gradientes de facies barrowiense y de buchan o abukuma son capaces de provocar fusión parcial (anatexia). Reacciones Metamórficas Son reacciones químicas entre las fases presentes en una roca metamórfica. Se producen cuando alguna variable cambia (P, T, composición de la fase fluida, etc) y la roca se reestructura para alcanzar un nuevo estado de equilibrio termodinámico. En este proceso hay fases que desaparecen, otras que aparecen y otras que sólo alteran su composición o el estado de valencia de alguno de sus elementos. Y al hacerlo, nos informan sobre las condiciones ambientales a las que estuvo sometida la roca. Una Isógrada de reacción se define como una linea que une los puntos caracterizados por la presencia de la asociación mineral de equilibrio de determinada reacciónmetamórfica. Reacciones discontinuas o univariantes Las reacciones ocurren a P y T específicas, reactivos y productos sólo tienen un grado de libertad, en equilibrio a lo largo de la curva univariante. Un ejemplo es el diagrama de estabilidad de andalucita-cianita-sillimanita. Que sea discontinua significa que hasta que la reacción termine ni P ni T pueden variar, de esta forma, antes de alcanzar estos valores precisos de T- P la roca tenía determinada asociación mineral, una vez rebasados estos valores la roca posee otra asociación mineral. Las reacciones discontinuas se dan cuando reaccionan fases de composición fija, e incluyen, entre otras, a las reacciones polimórficas. Reacciones continuas o divariantes En estas reacciones los reactivos y productos coexisten sobre un rango de temperaturas para cada presión (y viceversa). La reacción progresa por variación de cantidad y composición de las fases presentes, hasta que uno de los reactantes se agota. Se dan cuando reaccionan fases de composición variable (soluciones sólidas). En un diagrama P-T su representación es una superficie. Una reacción puede ser continua en un sistema químico y discontinua en otro. Son reacciones progresivas, reactivos y productos pueden coexistir en un intervalo P-T llamado Campo Divariante. Un ejemplo sería la ebullición del H2O salada. Reacciones de intercambio catiónico Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa En este tipo de reacciones no aparece ni desaparece ninguna fase, manteniéndose constante la cantidad de todas ellas. Lo único que se produce es el cambio en la composición de minerales ya presentes por intercambio de especies iónicas. Normalmente los iones que se intercambian tienen tamaños y cargas similares. Las reacciones de intercambio ocurren en sistemas de pocas fases y muchos componentes (muchos grados de libertad), específicamente cuando dos o más minerales en una roca admiten el mismo tipo de sustitución iónica, por ejemplo Fe2+ ↔ Mg2+ o K+ ↔ Na+ . En las rocas metamórficas el reparto de Fe y Mg entre los minerales ferromagnesianos (como el granate y la biotita) es el caso más importante de intercambio catiónico. Hay un motivo doble para estas reacciones. Por un lado no todos los minerales tienen la misma preferencia por uno u otro de los cationes sustituídos. Para la sustitución Fe-Mg en la rocas pelíticas, el orden de preferencia por el magnesio es : cordierita>clorita>biotita>estaurolita>granate. Por otra parte, para un mismo mineral, su preferencia por uno u otro catión cambia con la temperatura. Reacciones de desvolatilización Son reacciones que implican el consumo o la liberación de fluidos (H2O, CO2, a veces CH4), que ocurren no sólo a determinada P y T sino también dependen de la P de fluidos de forma que a mayor Pf se requiere mayor T una reacción de deshidratación. La alta P (CO2) inhibe la descarbonatación a altas T. Limitaciones: la descarbonatación aumenta el volumen de fluidos y la Pf; la porosidad de la roca debe ser baja (menos del 1%). Pueden ser continuas o discontinuas. En un diagrama P-T tienen pendientes positivas muy grandes (casi isotermas), lo que las haría buenos geotermómetros, pero la T de la reacción depende mucho de la composición del fluido intergranular presente. Reacciones Redox Están relacionadas con la fugacidad del oxígeno presente durante las reacciones o procesos de difusión. Generalmente el cambio en el contenido de oxígeno está relacionado con el O2 o H2 contenido en los fluidos metamórficos. Suponen cambios en el estado de oxidación de algunos de los elementos de las fases que intervienen en la reacción. Mecanismos de las reacciones metamórficas Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa En los sistemas naturales las reacciones metamórficas son muy complejas y suelen consistir en el desarrollo conjunto de varios de los tipo de reacciones descritos más arriba, con la participación simultánea de la mayor parte de las fases presentes. Geotermobarómetros El estudio de los equilibrios químicos entre fases es lo que permite el estudio del conocimiento cuantitativo de las presiones y temperaturas durante el metamorfismo. Los geotermobarómetros son minerales indicadores de la presión y temperatura, ayudando a determinar las condiciones del metamorfismo. Se basan en las diferentes reacciones vistas anteriormente. Las reacciones que suceden a igual P en un amplio rango de temperatura son ideales para la geobarometría (determinación de P). Mientras que las que ocurren a igual T en un amplio rango de presiones son ideales para la geotermometría (determinación de temperatura). Se apoya en la termodinámica: 0=∆G0+RTlnK siendo ∆G0 la diferencia de energía libre de Gibbs, R la constante de los gases, T temperatura y K constante de equilibrio. Se basa en qué minerales so determinantes de los distintos tipos de reacciones, por lo general se eligen pares minerales (una vez seleccionados se hace análisis químico con microsonda electrónica). 1. Reacciones de Intercambio: los pares que se seleccionen deben ser muy buenos geotermómetros y ser insensibles a las diferencias de P. Se basa en la preferencia de los cationes por uno u otro mineral.Por ejemplo: granate (granate-px o granate-biotita), el granate cambia su composición a temperaturas muy específicas. 2. Transformaciones Polimórficas: son simples transformaciones que corresponden a curvas univariantes, son muy fáciles de aplicar ya que necesita sólo la presencia de una de las fases (por ejemplo distena en la transformación polimórfica distena-sillimanita- andalucita) siendo ésta suficiente para dar cierta información sobre las condiciones T-P, aunque sólo proporcionan los límites inferior y superior de P y T. cuando utilizamos este tipo podemos elegir sillimanita y además elegir granate para estar seguros de la T, que nos lleva a la P correcta. 3. Reacciones de Transferencia Neta: (catiónica) produce la aparición de (una fase y la desaparición de otra, es para geobarometría (dentro de este está GASP). Ejemplos: Cpx-Pg-Qz; Esfalerita-pirrotina- pirita. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa 4. Reacciones de Desvolatilización: no son muy utilizadas ya que la posición en el espacio P-T depende de la composición de los fluidos que intervienen en la reacción y esta no siempre se conoce. 5. Otros geotermómetros llamados independientes ya que no dependen de una reacción son: cristalinidad de la Illita, Ro vitrinita, inclusiones fluidas (líquidas, sólidas o gaseosas), índice de color de conodontos. Precauciones con el uso de Geotermobarómetros: tomar pares minerales que estén en equilibrio (equilibrio de asociaciones minerales); que no haya un efecto retrógrado; calibrar bien el geotermómetro/barómetro en relación a los patrones; no se extrapola para otras secuencias (otro tipo de rocas) ni para gradientes superiores; sensibilidad del geobar/term está para lo que se calibró, no hacer locuras; hay que tener en cuenta el estado estructural de los minerales que se utilicen; los efectos de otros componentes químicos; la estimación de la relación Fe2+/Fe3+. Diagramas Quimiográficos Tienen un uso similar a la NORMA, ya que se utilizan datos químicos en vez de observar la lámina. Se utilizan diagramas triangulares para representar las distintas asambleas minerales indicadoras de grados metamórficos, dependiendo de la P y T. Las rocas naturales más comunes contienen SiO2, Al2O3, K2O, Na2O, CaO, FeO, MgO y H2O de tal manera que C=9(P+F)=C+n. El máximos de componentes que se pueden representar en papel son tres, para elegir correctamente estos tres componentes se siguen estos pasos: 1. Se ignoran componentes. Elementos traza,elementos que están presentes en una sola fase, componentes móviles (como H2O). 2. Se combinan componentes. Aquellos que se sustituyen en solución sólida como Fe y Mg. 3. Se limita el tipo de rocas representadas. Tratando sólo a un subconjunto de tipos de rocas para el cual un sistema simplificado funciona. 4. Se utilizan las proyecciones. Se asume que un componente estará siempre presente y se proyecta ''desde ese componente'', de esta forma se reduce la dimensionalidad ( se pasa de un sistema de 4 o 5 a uno de tres). Diagrama ACF Eskola (1915). Se utiliza para Metabasitas. Es un diagrama triangular de tres componentes de rocas máficas metamórficas. Podemos concentrarnos en los minerales que aparecieron o desaparecieron durante el Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa metamorfismo indicando el grado metamórfico. Para cada variable de P-T hay una presentación de paragénesis posible. Los tres pseudo-componentes se calculan con fracciones atómicas: A= Al2O3 + Fe2O3 – Na2O – K2O → Como el valor de A que queremos es el del Al2O3 restante después de la formación de feldespato alcalino, debemos restar el Na y K. C= CaO – 3,3 P2O5 → El C que se requiere es el Ca que queda luego de formarse el apatito. F= FeO + MgO + MnO Diagrama AFM de Thompson Se utiliza para metapelitas. Thompson comienza con un sistema de 5 componentes SiO2, Al2O3, FeO, MgO, K2O e ignora otros componentes menores en rocas pelíticas como CaO y Na2O. Debido a que el cuarzo está presente (de forma ubicua) siempre en las rocas metamórficas de origen pelítico se lo descarta del sistema quedando en un sistema de cuatro componentes Al2O3, FeO, MgO,K2O . El siguiente paso es proyectar el diagrama desde la moscovita ya que éste es un mineral común en metapelitas. Minerales que contienen K2O como andalucita, sillimanita y distena (=cianita) se plotearán en el vértice A, mientras que minerales como estaurolita, cloritoide, clorita y granate aparecen ploteados en la cara frontal del diagrama. La biotita, sin embargo, contiene K2O y cantidades Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa variables de Al2O3 lo que hace que sea una solución sólida en el sistema de cuatro componentes. Diagrama AKF Calco-silicatadas. Debido a que en las rocas sedimentarias pelíticas hay alto contenido de Al2O3 y K2O, y bajo contenido de CaO, Eskola propuso otro diagrama que incluye al K2O para representar las paragénesis que en ellas se desarrollan. Los pseudocomponentes son: A= Al2O3 + Fe2O3 – [Na2O+K2O+CaO] K= K2O F= FeO + MgO + MnO Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Diagrama MCS Que se compone de MgO-CaO-SiO2. Para rocas ultramáficas. Las Rocas Metamórficas Las rocas metamórficas, al igual que las ígneas, son cristalinas y no presentan sustancias aglutinantes (cementos) que unan a los minerales que las forman (como es el caso de las sedimentarias), y presentan texturas y estructuras típicas de la acción de la presión. Carecen de una clasificación química unificada como las ígneas, su clasificación es simple y sobre todo, flexible, aunque aún carecen de una nomenclatura clara y universalmente aceptada. Se clasifican según cinco criterios: • Mineralogía presente • Estructura • Naturaleza del protolito • Condiciones de P y T genéticas • Composición química Clasificación según la Mineralogía Cuando un mineral determinado supera el 75% de la roca se pone el nombre del mineral + ''ita''. Por ejemplo cuarcita. Excepciones: en el caso de la anfibolita es a partir del 40%, hornblendita, piroxenita y olivinita son nombres de rocas ígneas. Las rocas carbonáticas no aplican a esta clasificación. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Hay rocas con nombres específicos, como Mármol en vez de granofels calcítico; Esquisto Azul (roca azulada esquistosa rica en anfíbol sódico: glaucófano, riebeckita y crossita); Esquisto Verde (roca esquistosa verdosa rica en clorita, epidoto y/o anfíbol cálcico: actinolita); las metabasitas: anfibolita (Hbl+Plg), greenstone y eclogita; BIFs. Uso de prefijos: Todos los minerales mayores (= de 5% modal) y principales constituyentes (+ de 50% modal) de la roca deberían incluirse como sufijo en orden creciente de abundancia: ej. biotite-quartz-plagioclase gneiss o gneiss rico en biotita, cuarzo y plagioclasa. Los minerales menores (- al 5%) se ponen como -bearing: rutile-bearing biotite-quartz-plagioclase gneiss o gneiss rico en biotita-cuarzo-plagioclasa con rutilo. Puede mencionarse sólo el mineral más característico o aquel que más información da sobre las condiciones metamórficas alcanzadas por la roca: ''mica-esquistos'', ''corneanas con epidoto'', etc. La IUGS recomienda la abreviación ya que pueden ser nombres muy largos. Según parámetros texturales/estructurales Los términos estructurales son muy importantes para nombrar rocas metamórficas, e indican si existen elementos de fábrica orientados presentes que dominen la apariencia de la roca, y la escala en la que se han desarrollado. Estructura: es la disposición y ordenamiento de las partes dentro de un todo, sin importar su escala, incluyendo las relaciones espaciales entre las partes, sus tamaños relativos y forma, y los caracteres internos de las partes. Fábrica: son los datos que gobiernan el arreglo espacial de los elementos y se reflejan de alguna manera en su forma externa, estos elementos deben repetirse una y otra vez en todas las muestras. Textura: se usa con dos significados, en primer lugar como sinónimo de micro-fábrica (fábrica a escala microscópica), y en segundo lugar como sinónimo de microestructura (arreglo espacial y tamaño relativo de cristales y sus caracteres internos). Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Entonces cuando clasificamos según criterios estructurales o texturales: • Foliadas: dentro de las cuales las fuertemente foliadas son, de grano más fino a más grueso, la pizarra, filita y esquisto, y las débilmente foliadas el gneiss (fanerítico, bandeado). • No foliadas: granofels (fanerítico), charnokita. Las rocas fuertemente foliadas son mecánicamente propensas a fracturarse según sus planos de foliación, se dice que su foliación es mecánicamente significativa. Las rocas débilmente foliadas tienen una foliación mecánicamente insignificante, y tienden a partirse más oblicuamente a la foliación que según ella. Pizarra (slate): roca afanítica, de brillo mate, que desarrolla una foliación fuerte conocida como pizarrocidad. En su mayoría derivan de pelitas, de las cuales se diferencian por su consolidación y ''dureza'', en las que los argilominerales recristalizaron en clorita y micas. Filita (phyllite): roca afanítica, pero con un tamaño de grano ligeramente mayor al de la pizarra, lo que provoca un brillo sedoso o lustroso en sus superficies de foliación. Es una roca de transición entre pizarras y esquistos y comparte propiedades de ambos tipos de roca. Esquisto (schists): rocas faneríticas, comúnmente porfidoblásticas, con una débil segregación en capas de minerales félsicos y máficos que se alinea y fortalece su textura lepidoblástica. Presentan fuertes lineaciones por acumulaciones de minerales con reología contrastante o por pliegues o arrugas en la foliación. Gneiss: roca fanerítica de grano grueso, principalmente compuesta de cuarzo y feldespato de granos equidimensionales. Su mineralogía es usualmente la misma que la de un granito pero se diferencia de este por su foliación; esta puede ser apenas perceptible o conspicua y se caracteriza por una alineación de mineralesdispersos, el paralelismo de augen o cúmulos minerales planos o un bandeado composicional. Granofels: roca fanerítica de textura granoblástica mayormente compuesta por Qz y Fd. Tiene ausencia de esquistosidad pero puede presentar bandeado mineralógico o litológico. Según la naturaleza del protolito Si la roca de la cual deriva es reconocible entonces se agrega el prefijo ''meta'' antes del nombre del protolito, se recomienda sólo para metamorfismo de grado bajo. Ej: “metagranito”, “metapelita”. Cuando no se reconoce el protolito pero sí la naturaleza de éste: se utiliza el prefijo ''orto'' para aquellas de naturaleza ígnea y ''para'' para las de naturaleza sedimentaria. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Según la naturaleza o grado de metamorfismo Rocas de falla y cizalla Foliación Cohesión % de matriz Nombre No cohesiva más de 30% Harina de falla menos 30% Brecha de falla No Cohesivas menos de 50% Protocataclasita Foliadas y No 50 a 90% Cataclasita Mesocataclasita Cohesivas más de 90% Ultracataclasita Cohesiva matriz vitrea Pseudotaquillita 10 a 50% Protomilonita Foliadas Cohesiva 50 a 90% Milonita Mesomilonita más de 90% Ultramilonita Rocas de metamorfismo de contacto Son las corneanas o hornfels, que ocurren como resultado del metamorfismo termal en aureolas de contacto rodeando las intrusiones magmáticas. El tamaño de grano varía de afanítico a fanerítico, textura típica granoblástica. En corneanas de grano muy fino es típica la fractura concoide. Rocas de metamorfismo hidrotermal o metasomatismo Skarn, Fenita, Gumbeita, Beresita, Argillisita, Propilita y otras. Rocas de metamorfismo de impacto o impactitas • Shatter cones o cono astillado. • Brechas de impacto en el cráter. Pueden tener minerales tipo Qz shockeados. Los impactos voltean las estratificaciones: • Gotas de vidrio: Tektitas. • Capas de polvo levantadas por la explosión. Rocas carbonáticas o Metacarbonáticas diagrama Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Estructuras y texturas metamórficas El estudio de las texturas de rocas metamórficas provee una linea complementaria de evidencia sobre los eventos a los que fue sometida la roca. Las texturas usualmente indican desviaciones de equilibrio, lo cual permite ver la forma en la cual la roca se fue recristalizando hacia una asamblea en equilibrio. De esta forma, podemos inferir algo de la historia del metamorfismo de la roca observada. Las texturas metamórficas se pueden dividir en dos grandes grupos: uno en el que situamos a las texturas que preservan información acerca de las reacciones metamórficas que tuvieron lugar, y otro en el que se encuentran las texturas relacionadas a la deformación ocurrida durante el metamorfismo. Estructura: es la disposición y ordenamiento de las partes dentro de un todo, sin importar su escala, incluyendo las relaciones espaciales entre las partes, sus tamaños relativos y forma, y los caracteres internos de las partes. Textura: se usa con dos significados, en primer lugar como sinónimo de micro- fábrica (fábrica a escala microscópica), y en segundo lugar como sinónimo de microestructura (arreglo espacial y tamaño relativo de cristales y sus caracteres internos). Fábrica: son los datos que gobiernan el arreglo espacial de los elementos y se reflejan de alguna manera en su forma externa, estos elementos deben repetirse una y otra vez en todas las muestras. Términos de Fábrica Foliación: cualquier rasgo planar que ocurre de forma penetrativa en un cuerpo rocoso. Lineación: cualquier rasgo linear que ocurre de forma penetrativa en un cuerpo rocoso. Las rocas sin una orientación preferencial de sus elementos son rocas masivas o isotrópicas. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Nota: una foliación doblada crea una lineación en donde estaría la linea de bisagra. De las lineaciones podemos reconocer en (a) orientación preferencial de agregados minerales elongados, en (b) orientación preferencial de minerales elongados, en (c) lineación definida por minerales planos, (d) ejes de doblez (especialmente de crenulaciones), en (e) elementos planares intersectantes. a. Bandeado composicionala. Bandeado composicional b. Orientación preferencial de b. Orientación preferencial de minerales planaresminerales planares c. Formas de granos deformadosc. Formas de granos deformados d. Variación de tamaños de granosd. Variación de tamaños de granos e. Minerales orientados en matriz e. Minerales orientados en matriz sin orientación (isótropa)sin orientación (isótropa) f. Orientación preferencial f. Orientación preferencial lenticular de agregados lenticular de agregados mineralesminerales g. Orientación preferencial de g. Orientación preferencial de fracturasfracturas h. Combinación de todoh. Combinación de todo Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Microlithos:son dominios que no tienen foliación. Si la roca foliada no tiene microlithos entonces se dice que es foliada continua si es de grano fino y si es de grano grueso se le puede decir que tiene esquistosidad continua. Si la roca presenta microlithos entonces se le llama foliación (o esquistosidad) espaciada, si en los microlithos se puede ver crenulación tenemos clivaje de crenulación, si no tiene crenulación entonces se dice que tiene clivaje/foliación disyuntiva. Según la morfología de los dominios de clivaje la foliación puede ser irregular, anastosomada, conjugada. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Poiquiloblástica: cundo los porfiroblastos tienen una textura poiquilítica. Auge: ''ojo'', cristales que toman una forma ovoidal, típica de Fd en una matriz fina o foliada. Porfidoclasto: cristales no metamórficos que conservan tamaño similar al original. Megacristal: granos relativamente grandes, de cualquier forma, inmersos enuna matriz de grano más fino. Textura Granoblástica: mosaico de granos más o menos uniformes equidimensionales, y prácticamente euhedrales (o también pueden ser xenomorfos). Sinónimo de textura granofélsica. Hay varios tipos: • Equigranular: mosaico equigranular panalotriomorfo de cristales equidimensionales. • Poligonal: caso particular de la anterior, donde los contactos entre los granos son planos y predominan las uniones triples. Típico de las facies granulitas. • Inequigranular: mosaico inequigranular panalotriomorfo de cristales equidimensionales. • Decusada: mosaico hipidiomorfo de cristales inequidimensionales (tabulares-prismaticos) con orientación aleatoria. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Textura Lepidoblástica: alineación planar de granos como micas, talco, clorita o grafito. Esta estructura se ve reflejada en muestra de mano dando la esquistosidad a los esquistos y el clivaje a pizarras y filitas. Textura Nematoblástica: alineación de cristales columnares, aciculares o prismáticos (como anfíboles, piroxenos, turmalinas, cianita o sillimanita), que imparten una alineación a la roca. Textura Porfidoblástica:consta de una matriz formada por minerales de pequeño tamaño entre los que aparecen otros de tamaño mucho mayor (porfidoblastos). Los porfidoblastos pueden ser Idioblastos (euhedrales), Subidioblastos (subhedrales) o Xenoblastos (anhedrales). Texturas compuestas: • Granoporfidoblástica. Textura porfidoblástica con matriz granoblástica. • Lepidoporfidoblástica: textura porfidoblástica y matriz lepidoblástica. • Granolepidoblástica: bandas granoblásticas y bandas lepidoblásticas.• Granonematoblásticas: bandas granoblásticas y nematoblásticas. Texturas de reacción Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Simplectitas: intercrecimiento íntimo, de forma generalmente vermicular, de dos minerales a escala microscópica. Se forman por cristalización simultánea de dos fases en una misma zona de la roca, de forma que las fases adoptan disposiciones geométricas regulares de intercrecimiento. Casos típicos son: simplectitas de cordierita-cuarzo (o cordierita-ortopiroxeno-cuarzo) como consecuencia de la retrogresión del granate; simplectitas de ortopiroxeno-plagioclasa por retrogresión de la asociación Hbl+Grt; simplectitas de Opx-espinela formadas por reacción entre olivino y plagioclasa; simplectitas de cuarzo vermicular y plagioclasa llamadas mirmequitas. Corona o borde de reacción: formada por un núcleo de un mineral rodeado por una corona de otra fase o fases. Se forman por la inestabilidad (retrogresión) de las asociaciones minerales formadas durante el pico térmico cuando la T y P descienden durante el levantamiento que transporta las rocas a la superficie. El proceso se inicia por el desequilibrio entre la fase que forma el núcleo y la/las que la rodean. La reacción metamórfica desencadenante genera una corona de nuevos minerales, formando una barrera que separa a las fases en desequilibrio. Texturas de exsolución: se dan cuando una fase que admite solución sólida entre dos extremos, al disminuír la T, se desmezcla en dos fases independientes, de forma que la fase minoritaria queda englobada en la otra fase en forma de ''inclusiones''. Texturas de inclusiones Poiquilítica: un cristal que presenta inclusiones de otros minerales. Textura de tamiz:cuando el cristal poiquilítico tiene gran cantidad de minerales incluídos. Textura helicítica o snowball: cuando las inclusiones en el poikiloblasto tienen forma de S. Es una textura por deformación (ver más abajo). Granate “Snowball” Texturas relacionadas con el crecimiento y la deformación Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Cristales pre-cinemáticos, sin-cinemáticos y post-cinemáticos (ver metamorfismo dinámico). Texturas de retrogresión y reemplazamientos Serpentinización (alteración del olivino Forsterita, también puede alterarse a serpentina el Px Enstatita), Uralitización (reemplazo de Px ígneos primarios por anfíbol: tremolita, actinolita o Hbl), Cloritización (reemplazamiento masivo de la mineralogía original por clorita implica gran influjo de fluidos acuosos), Sericitización (alteración de Fd-K, Pg, aluminosilicatos y otros a ''sericita'', un agregado muy fino de mica blanca), Saussuritización (liberación de Ca de las Pg- Ca para dar lugar a una Pg más sódica y una gran cantidad de inclusiones de grano fino de minerales del grupo del epidoto, junto con sericita y algo de calcita. En la saussuritización de las rocas ígneas, donde la Pg está zoneada, se suele alterar solo el núcleo cálcico de los cristales), metasomatismo sódico y calco- sódico (albitización, ceolitización, escapolitización y epidotización). Texturas de deformación y recristalización Davis y Reynolds (1996) agrupan los mecanismos de deformación en cinco categorías generales: (1) microfracturación, cataclasis y deslizamiento friccional; (2) maclado mecánico y ''kinking''; (3) creep por difusión; (4) creep por disolución; (5) creep por dislocación. Estos mecanismos suelen actuar junto con otros procesos importantes como la recuperación y la recristalización. Microfracturación, cataclasis y deslizamiento friccional Son mecanismos de deformación frágil que operan a escala de granos y subgranos. Microgrietas: son defectos planares sub-microscópicos, que concentran los esfuerzos, a los que está sometida la roca, cerca de sus extremos provocando que sus alrededores ''sientan'' un esfuerzo mayor al que realmente se le está aplicando externamente. El esfuerzo causante de la microgrieta puede ser tectónico, gravitatorio o térmico. Hay tres tipos de microgrietas: • Intragranulares: afectan a un sólo grano y suelen aparecer a favor de planos de exfoliación, se forman cuando la resistencia del grano es menor que la del límite del grano. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa • Intergranulares: crecen a favor del límite del grano y se propagan entre los granos en vez de atravesarlos. La presencia de este tipo de grietas evidencia que los contactos entre granos fueron más fáciles de fracturar que los granos adyacentes. Son más comunes en rocas de grano fino, ya que no es energéticamente favorable para una microgrieta rodear un grano de gran tamaño. • Transgranulares: afectan a varios granos adyacentes y a sus respectivos límites de grano, son favorecidas por los límites de grano muy resistentes y por la orientación de los planos de exfoliación similares en granos vecinos. Cataclasis y flujo cataclástico: Es la fractura frágil penetrativa y granulación de las rocas, normalmente en fallas y zonas de falla. Produce un agregado de fragmentos de roca muy fracturados inmersos en una matriz de granos menores, el cual es capaz de fluir por fracturación repetida, deslizamiento friccional y rotación rígida de fragmentos de roca y granos. A este proceso se le llama flujo cataclástico. La cataclasis tiene como resultado la disminución progresiva de los tamaños de grano, la disminución de la selección, y casi siempre genera además un incremento del volumen de la roca, dilatancia, a medida que se crea nuevo espacio poroso entre los fragmentos que se generan por la fracturación. La causa principal de la fracturación producida durante la cataclasis se debe a concentraciones de esfuerzos alrededor de los bordes de las microgrietas y en los contactos entre granos. Rocas: harina de falla, brecha de falla y cataclasita. Se caraterizan por estar muy fracturadas a toda escala y contener granos y fragmentos de roca angulares. En los huecos creados durante la dilatancia pueden entrar fluidos y precipitar en forma de venas, siendo luego fracturados también (por eso se puede encontrar abundantes fragmentos de Qz y carbonato precipitado originalmente en venas). Maclado mecánico y ''kinking'' Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Maclado mecánico: mecanismo de deformación que provoca la flexión de la red cristalina de los minerales. Básicamente lo que ocurre es que se forma la macla al someter a la red cristalina de un mineral a un esfuerzo de cizalla simple paralelo a un plano cristalográfico favorable. De esta forma, la red cristalina de un lado del plano de macla sufre una deformación de cizalla a un determinado ángulo por rotación con respecto a la red cristalina del otro lado del plano. Cada parte del cristal resulta ser la imagen especular de la otra. El grado de flexión de la red, y por tanto el ángulo de rotación, están limitados por la estructura cristalina del mineral. Muy común en la calcita y Pg. Para que se produzca el maclado mecánico debe existir al menos un plano reticular vulnerable, el cual debe estar orientado de forma que el esfuerzo de cizalla resuelto sobre él sea suficiente para deformar la red cristalina. ''Kinking'': también supone una flexión de red cristalina utilizando planos de debilidad. Afecta generalmente a bandas discretas dentro del cristal y en lámina delgada se observa como una cambio en el ángulo de extinción respecto al del resto del mineral (bandas de extinción). Es común en micas y otros minerales planares. Creep por disolución O disolución por presión se produce por la disolución selectiva, el transporte y la reprecipitación de material por medio del fluido intersticial presente en los límitesde grano o en los poros entre granos. Depende de tres procesos interconectados: disolución de material en la fuente, difusión o migración del material disuelto, y la reprecipitación. Al ser sometidos los granos a esfuerzos diferenciales, se disuelven más fácilmente en los segmentos del borde de grano donde haya un mayor esfuerzo compresivo. A medida que los granos se disuelven, el fluido intergranular se va enriqueciendo en los componentes químicos de dichos granos, este enriquecimiento es mayor en los puntos donde los contactos entre granos son perpendiculares al mayor esfuerzo compresivo, mientras que en los contactos perpendiculares al menor esfuerzo compresivo el enriquecimiento es mínimo. Esta diferencia en las velocidades de disolución de unos puntos a otros es lo que provoca la aparición de gradientes químicos de concentración, lo que hace que las especies disueltas se muevan desde los puntos de alta [] hacia los de baja []. Esta migración inducida por las diferenciaa de esfuerzo es llamada ''transferencia en disolución'' (solution transfer). Existen muchas evidencias del creep por disolución, por ejemplo los estilolitos (donde el material se disolvió), y los recrecimientos sobre minerales pre- Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa existentes o como fibras en venas, sombras de presión y zonas abrigadas (material precipitado). En ocasiones el material disuelto es transportado lejos de la fuente, por ejemplo, es común que el creep por disolución esté acompanado de reaccionesmetamórficas progradas, que liberan agua y otros volátiles. Este aumento neto del volumen de los fluidos puede hacer que migren fuera del sistema, llevándose consigo las especies disueltas. Creep por dislocación En primer lugar debemos establecer que los cristales normalmente poseen defectos cristalinos que pueden ser defectos puntuales(átomos extra o átomos ausentes) o lineales(medio plano ''extra'' en la red cristalina). Las dislocaciones (defectos lineales) son importantes por: - Cada dislocación representa una distorsión angular pequeña de la red, que al acumularse pueden generar deformación e la red cristalina (bordes curvos). Dislocaciones también pueden actuar como un camino de difusión rápido. - La deformación de un material por el movimiento de dislocaciones es conocido como plasticidad cristalina - La distorsión alrededor de una dislocación es un origen de energía para otros procesos tales como migración de límites de granos. Movimiento de dislocaciones: sistemas de deslizamiento: en un mineral dado se favorecerá el movimiento de dislocaciones en orientaciones controladas cristalograficamente. El plano en que la dislocación se mueve es llamado plano de deslizamiento. Y la dirección en la cual se mueve es llamada dirección de deslizamiento. Vector de Burgers: Es el largo de la dislocación de la red cristalina causada por una única dislocación, y será constante para un único sistema de deslizamiento. Indica la dirección y el desplazamiento reticular mínimo producido por la dislocación. El Stress de cizalle critico resuelto (CRSS): es el stress (como resultado dentro del plano de deslizamiento en la dirección de deslizamiento) necesario para causar el movimiento de la dislocación, es decir, el quiebre de los enlaces. Típicamente decrece con el incremento de la temperatura para todos los deslizamientos en un mineral, no obstante el puede no decrecer en la misma tasa para todos los sistemas. Dislocaciones: tipo filo, helicoidal (screw), tipo lazo. También están los movimientos de puntos de defecto: Coble Creep y Nabarro-Herring Creep. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Evidencias en lámina delgada: extinción ondulante, lamelas de deformación. Recuperación Pérdida de la energía de deformación almacenada por la migración de vacancias, la migración de dislocación y la aniquilación. Recristalización Al igual que la recuperación es un proceso que contribuye a la disminución de la densidad de dislocaciones en un cristal deformado. Se puede dar por: migración de los límites de grano; rotación de subgranos; creep por difusión en estado sólido (altas T); deformación cristaloplástica (corrimiento de bordes y reducción de área de granos). Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Relación blastesis-deformación: texturas de inclusión en porfidoblastos Tomemos como ejemplo el crecimiento de un porfidoblasto de granate en un esquisto. En estas rocas el granate crece normalmente a partir de una reacción entre moscovita y clorita: moscovita + clorita ↔ granate + biotita + Qz+ H2O. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa En la figura (a, b, c) se pueden observar las diferentes etapas en el crecimiento del porfidoblasto de granate. La roca está permanentemente en estado sólido, y por tanto, los granos de Qz de la roca original que no son utilizados para formar el granate no pueden ser desplazados a un lado como ocurriría si la roca estuviese fundida, de forma que quedan atrapados en el porfidoblasto como inclusiones, formando de esta forma un poiquiloblasto. Posteriormente al crecimiento poiquilítico del porfiroblasto, la matriz que lo rodea puede sufrir deformación, recristalización y aumento de tamaño de grano (c). En esto radica la utilidad de las texturas poiquiloblásticas ya que conservan un registro de la forma y orientación de los granos y dan una indicación del tamaño de grano de la matriz en el momento en el que el porfidoblasto creció. El metamorfismo regional progresivo supone una sucesión compleja de cambios texturales y mineralógicos. Por ejemplo, en las rocas pelíticas la crenulación de una fábrica planar anterior normalmente evoluciona hacia una nueva esquistosidad pizarrosa, que a su vez puede crenularse convirtiéndose en una nueva esquistosidad, y así sucesivamente. Las secuencia de esquistosidades puede etiquetarse como S1, S2, S3, etc.(la estratificación se suele designar por S0). Los porfidoblastos que crecen en cualquier momento de esta secuencia, pueden preservar un registro de los cambios sufridos por la roca. La esquistosidad incluida en un porfidoblasto se denomina Si (interna) y la esquistosidad de la matriz que lo rodea Se (externa). El objetivo del análisis es identificar Si con S1, S2, etc. y Se con la misma u otra posterior. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa En la primera fila de la imagen se representa el resultado de una cizalla simple, en la segunda cizalla pura, y en la tercera, crenulación. Cristales Pre-cinemáticos (a) Cristal con extinción ondulosa. (b) La foliación contorna al porfiroblasto. (c) Sombras de presión. (d) Kink bands o micropliegues. (e) Microboudinage. (f) Maclas de deformación. Cristales Post-cinemáticos Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa (a) Pliegues helicíticos. (b) Cristales crecidos en forma aleatoria. (c) Arcos poligonales. (d) Chiastolita. (e) Coronas de crecimiento tardío en poiquiloblastos. (f) Agregados seudomorfos. Tectónica y Metamorfismo Según el carácter tectónico podremos encontrar uno u otro tipo de metamorfismo. Intraplaca tectónica: regional, dinámico y de contacto. Bordes de placa pasivos: dinámico. Bordes de placa convergentes: dinámico, regional y de contacto. En zonas de subducción tenemos al gradiente Franciscano (alta P y baja T), invaginaciones profundas de las isotermas. Dominios tras-subducción: concentración de isotermas (por atenuación litosférica y transferencia magmática escalonada), fusión del manto superior y fusión parcialde corteza continental inferior. Gradiente Barrowiense Progrado: zonas de colisión, bloqueo de corteza oceánica subducida, y consecuente bloqueo de la invaginación de isotermas. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Gradiente Barrowiense retrogrado: fase de colisión e hipercolisión, aumento de T debido al engrosamiento de la corteza (llegando a migmatitas), con la erosión de relieves se produce la exhumación de los cuerpos antes profundos. Bordes de placa divergentes: hidrotermal, de contacto. Presenta gradiente Abukuma (alta T y baja P), isotermas concentradas por atenuamiento de la litósfera. Metamorfismo de Contacto Ocurre debido al incremento de temperatura causado por la intrusión de un magma en una roca. Una aureola de metamorfismo se forma en la zona de la roca intruída que rodea al magma. El tamaño y forma de la aureola están controlados por la naturaleza de la intrusión y la naturaleza de la roca fría intruida. Las rocas generadas en la aureola de contacto son no foliadas (a menos de que la roca afectada estuviese ya previamente deformada), por lo tanto su fábrica es isotrópica. Son las hornfels o granofels, en las cuales las texturas heredadas son comunes. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Metamorfismo Dinámico Ocurre en zonas de falla, y el factor principal es la P. Por esto el efecto es puramente mecácnico, o sea que los cambios son texturales (a veces puede haber neoformación de minerales). Los mecanismos de deformación se dividen en Frágil o rúptil (baja T y P), en el que encontramos la cataclasis y al deslizamiento friccional de límites de granos, el otro grupo es la deformación Dúctil (incremento T-P), en el que se encuentran el flujo plástico y el creep por difusión. Los mecanismo dúctiles pueden dividirse en intergranulares e intragranulares, la T elevada a extrema favorece los mecanismos intragranulares. Foliación Cohesión % de matriz Nombre No cohesiva más de 30% Harina de falla menos 30% Brecha de falla No Cohesivas menos de 50% Protocataclasita Foliadas y No 50 a 90% Cataclasita Mesocataclasita Cohesivas más de 90% Ultracataclasita Cohesiva matriz vitrea Pseudotaquillita 10 a 50% Protomilonita Foliadas Cohesiva 50 a 90% Milonita Mesomilonita más de 90% Ultramilonita Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Metamorfismo de Impacto El factor principal es la P, muy alta, a una T baja. Se produce cuando un meteorito choca con la superficie planetaria. Impactitas: shatter cones; brechas de impacto; tecktitas. Metamorfismo Hidrotermal Ocurre por la circulación de fluidos calientes por la roca de forma que iones van siendo transportados, modificando textural y mineralógicamente a la roca. Se da en ambientes como dorsales oceánicas en torno a los ''black smokers'', en plutones o sus alrededores. Hay muchos tipos de roca resultantes. Skarns: el término skarn fue introducido por petrólogos metamórficos suecos para designar rocas metamórficas regionales o de contacto constituidas por silicatos de Ca, Mg y Fe derivados de un protolito de calizas y dolomitas en las cuales se ha introducido metasomáticamente grandes cantidades de Si, Al, Fe y Mg. De modo que se entiende por skarn rocas que contienen minerales calcosilicatados, tales como por ejemplo: diópsido, wollastonita, granate andradita y actinolita. Estas comúnmente ocurren en aureolas metamórficas de contacto en torno a plutones que intruyen secuencias calcáreas. Fenitización: Es característica de carbonatitas y consiste esencialmente en el desarrollo de nefelina, piroxenos y anfíboles sódicos en estas rocas. Los cambios químicos son complejos y dependen den gran medida de la composición de las rocas carbonatíticas. Ocurre generalemnte una pérdida de sílice y una adición de Na, K, Fe, Ca y CO2, pudiendo o no ser significativa la presencia de elementos menores o traza (Ba, Ti, Nb, Zr, P, etc.). Metamorfismo Regional Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Sucede en grandes extensiones, está asociado a bordes de placa convergentes. El incremento de T se logra sin la asociación cercana de cuerpos ígneos particulares (aunque pueden existir instrusiones). Orogénico: es el de excelencia asociado a bordes de placa convergentes, produce rocas metamórficas foliadas. Es de carácter dinamo-térmico, en uno o más eventos orogénicos combinados con incrementos del gradiente geotérmico y la deformación. De fondo oceánico: Tipo de metamorfismo de extensión regional relacionado con los intensos gradientes geotérmicos que se dan cerca de los centros de expansión en ambientes oceánicos (rift-oceánicos). De soterramiento: debido a la excesiva acumulación de sedimentos en las cuencas sedimentarias. Resulta en un metamorfismo de grado bajo, sin foliación. Metamorfismo Regional de Alto Grado Facies metamórficas de alto grado de carácter regional: Las rocas son producto de condiciones metamórficas elevadas a extremas (grado alto y muy alto de metamorfismo regional). Representadas en las facies anfibolita (superior), granulita y eclogita. Las rocas tipo son generalmente gneisses, granulitas o granofels o eclogitas. Los gneisses son diversos siendo que en el facies granulita se tornan progresivamente masivos o isótropos (perdiendo la foliación). Los complejos metamórficos regionales suelen ocurrir en los núcleos de complejos orogénicos. El núcleo representa el mayor grado de metamorfismo alcanzado durante el evento orogénico. Generalmente corresponde a facies granulita, a veces alguna facie inferior. El núcleo no está expuesto generalmente, en particular si se trata de rocas en facies granulita, a veces puede ser extensivo también para rocas en facies anfibolita superior. Si el núcleo es granulítico estará rodeado de rocas en facies anfibolita, las cuales a su vez estarán rodeadas por rocas en facies esquistos verdes. Si la erosión es extensa, las granulitas pueden estar expuestas. Si la erosión es débil, sólo estarán expuestas las rocas en facies esquistos verdes. Las rocas en facies granulita se observan en la superficie en pocos lugares. La textura gnéissica que comienza en grado medio, hace que cada vez que sube el grado (T) mis gneisses se vayan curando, de forma que la textura se vuelve más uniforme (isótropa). Facies Anfibolita y Granulita: las rocas de facies granulita representan temperaturas muy altas las cuales solo pueden alcanzarse a grandes profundidades (niveles más inferiores de la corteza inferior). Suelen estar expuestas en terrenos arqueanos. Las rocas de facies anfibolita son más comunes. El facies anfibolita se caracteriza por plagioclasas (> An20), Hornblenda, y/o epidoto y/o diópsido y cuarzo.Origen pelítico: la estaurolita o sillimanita con muscovita suele ser una asamblea diagnósticaOrigen calcáreo: los minerales diagnósticos son diópsido con tremolita y calcita o grossularia con clinozoisita o Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa zoisita.Rocas de origen ígneo: Los cambios mineralógicos sólo son apreciables en aquellas de composición máfica a ultramáfica. Minerales presentes en alto grado para rocas máficas incluyen talco, tremolita, y antofillita. La Forsterita o enstatita pueden reemplazar a la serpentina formada a bajas temperaturas o presiones. Los cambios mineralógicos en rocas intermedias a félsicas (andesitas, dioritas, granodioritas, dacitas, riolitas, o granitos) son menos evidentes. Piroxenos pueden pasar a anfiboles. El Granate es un mineral común pero su origen en este caso es incierto. Puede formarse por reacción entre los minerales ígneos originales o por contaminación conlas encajantes sedimentarias o volcánicas. Granulitas Weis (1803): Roca metamórfica de grano medio a fino, compuesta por feldespato con o sin cuarzo. Eskola (1915): Toda roca perteneciente a la facies granulitas. Granutite comision (70’s): • Roca metamórfica de grano medio a fino • Feldespato (alcalino, pertítico o plagioclasa) con o sin cuarzo • Minerales ferromagnesianos anhidros (Gr, Opx rico en Al, Cpx) • Kyanita, silimanita, rutilo, ilmenita, Bt – Ti, Hbl- Ti, Cd • Textura granoblástica • Estructura gnéisica a masiva Las rocas en facies granulita suelen tener mineralogía y a veces “aspecto” de roca “granítica”. Las asambleas minerales comunes incluyen hipersteno con cuarzo o sillimanita y cuarzo. Muscovita, tremolita, actinolita, y antofillita ausentes. Hornblenda puede estar aún presente. Biotita “out” a menos que esté presente por efectos de metamorfismo retrógrado luego del pico máximo en facies granulita. Clasificación mineralógica de las granulitas: si tienen más del 30% de máficos son granulitas máficas, y si tienen menos del 30% de máficos son granulitas félsicas. Génesis: altas P (7-12Kbar), altas T (700-1000°C), deshidratación total: asamblea de minerales máficos anhidros, muscovita inestable, enriquecimiento en Fe, Mg y Cu. Eclogitas: están restringidas a P altas así como a T media a alta. Cuanto más alta la T, mayor debe ser la P para generar estas rocas. Cuanto más alta es la temperatura mayor debe ser la presión para generar rocas de facies eclogita. Son típicas en zonas de subducción metamórficas, generalmente asociadas a los esquistos azules (presentes en mayor volumen). Están compuestas por piroxenos de alta P jadeíta-onfacita, y granate (SIN Pg). Las eclogitas tienen una posición geotectónica especial, cuando se puede ver que hubo obducción. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa Asociación Granito-Gneiss es muy difícil diferenciarlos cuando están juntos. Empieza a fluir hasta un 30% de fundido Qz-Fd, si nos pasamos ya es Anatexia. Un Gneiss es una roca de textura foliada, en bandas irregulares (de ancho), con textura media a gruesa. Origen asociado a protolitos ígneos o sedimentarios (pelítico y arcósico). Ricos en Qz y Fd, minerales micáceos y silicatos aluminosos o ferromagnesianos. Van a ir predominando los niveles leucocráticos. Se forman bajo altas P y T, suelen presentar pliegues entre sus estructuras como respuesta directa a la presión (acortamiento horizontal). El Augen gneiss es una variedad entre los gneisses conteniendo grandes blastos de feldespato (text. Porfiroblastica) con forma de ojo (augen = ojos). Migmatitas: Rocas silicáticas más o menos heterogéneas que se forman por ANATEXIA (fusión parcial de la roca), se forman a T > a 650°C donde se da la fusión parcial de rocas metasedimentarias. Durante el proceso de migmatización se forma leucosoma (líquido granítico producto de fusión parcial) y melanosoma (residuo sólido refractario). Se le llama paleosoma (o mesosoma) a los restos del protolito que sobreviven a la fusión parcial (leuco+melanosoma). Puedo tener paleosoma + melanosoma + leucosoma. A veces se les dice “gneisses bandeados” cuando en realidad son migmatitas. Están compuestas por bandas cuarzofeldespáticas o granítica y bandas biotíticas. Pueden formarse por procesos de ïnyección” en gneisses o por “segregación”en cuarzofeldespáticas. Las migmatitas se clasifican según las relaciones geométricas entre leuco, meso y melanosoma. Moteadas: islas irregulares de neosoma dispersos en paleosoma, corresponde al primer estadio de la migmatización. Estromatitas: alternancias a pequeña escala de neosoma y mesosoma con límites borrosos, corresponde a la etapa de fusión in situ con cierta movilidad. Dictionitas: relación genética entre neosoma y mesosoma, etapa de la movilización de líquido por esfuerzos. Agmatitas: mesosoma brechoide impregnado por leucosoma. Transición entre migmatitas y plutones granitos tipo S. Principales Secuencias Metamórficas Secuencia Pelítica Las rocas de la secuencia pelítica tienen un protolito lutítico, sedimentos ricos en argilominerales. Estas lutitas se caracterizan por su pequeño tamaño de grano ( <63μ) y una mineralogía dominada por minerales de arcilla y cuarzo. La composición promedio de los tipos de lutitas en % en peso son: SiO2 59,9%; Al2O3 16,6%; H2O 9,2%; Fe2O3 7,7%; MgO 3,4%; K2O 2,7%; FeO 2,0%; Na2O 1,3%; TiO2 0,78%; CaO 0,72%. La mineralogía de las lutitas consta de • Argilominerales: illita, clorita, caolinita, montmorillonita, esmectita. Petrología Ígnea y Metamórfica S.Novoa • Cuarzo • Feldespato • Oxidos e hidróxidos (hematita, ilmenita, goetita). • Carbonatos • Sulfuros • Carbonatos Esta amplia variedad permite, en el metamorfismo, que haya muchos intercambios -reacciones. Transformaciones mineralógicas pre-metamorfismo Durante la compactación y diagénesis las lutitas se ven afectadas por numerosos cambios mecánicos y químicos. La porosidad inicial de la roca (>50%) se ve reducida a tan sólo el 1-5%, donde aún hay fluido intraformacional. En la etapa entre diagénesis y anquimetamorfismo, todos los minerales de arcilla han sido reemplazados por illita y clorita. El ordenamiento cristalino de estos minerales aumenta con la T y P (sobre todo de la illita). La materia orgánica va transformándose hasta ser reemplazada por grafito o desaparece sin dejar rastro por pérdida de CO2 (cond. oxidantes) o CH4 (cond. reductoras). La compactación y recristalización de los argilominerales durante el enterramiento producen una fisilidad muy característica en las rocas lutíticas pre-metamórficas. Magmas Definición: Naturaleza composicional de los magmas Origen del magma Factores Propiedades químicas de los magmas Propiedades físicas Dónde se originan la mayoría de los magmas Qué le ocurre a ese magma primario Fuentes potenciales Fuentes y mecanismos de génesis de magmas primarios Tectónica de Placas y Actividad Ígnea Tipos de Bordes de Placas Tectónica de Placas – Petrogénesis Ígnea Descompresión Adiabática en Dorsales Meso-Oceánicas Bordes de Placa Divergentes: márgenes constructivas Bordes de Placa Convergentes: márgenes destructivas Variaciones incrementales de T (∆T) Variaciones composicionales / volátiles Bordes de Placa Transformantes Volcanes Intraplaca Oceánicos: puntos calientes Generación de magmas mantélicos Consideraciones importantes: A) Baja P confinante y baja X-H2O Intraplaca continental: B) Alta P y alta X-CO2 Generación de magmas graníticos Tipos de Fusión Parcial Fusión Parcial en Equilibrio Fusión Parcial Fraccionada Fusión Parcial Continua Fusión Parcial por Zonas Fusión Parcial en Desequilibrio Consideraciones generales: Formación de cámaras magmáticas Generalidades: Diferenciación a Sistema Abierto Diferenciación a Sistema Cerrado Cristalización fraccionada: Cristalización teórica de magmas máficos Nucleación y crecimiento de los cristales Serie de Bowen Distribución de los elementos químicos en la cristalización Diagramas de variación de Harper y diagramas ternarios Provincias y series magmáticas Etapas de consolidación magmática Etapa Ortomagmática Etapa Pegmatítica Etapa Neumatolítica Etapa Hidrotermal Etapa Solfatárica Diagramas de Fase Regla de las Fases Diagrama para: sistema a un componente Sistema a dos componentes o binario Caso 1- cristalización de dos sustancias distintas en equilibrio Caso 2- solución sólida en equilibrio Caso 3- Eutéctico Doble Caso 4- Eutéctico con fusión Incongruente Caso 5- Solución sólida con punto de fusión mínimo Caso 6- sistema ternario con eutéctico Regla de la Palanca Precauciones del uso de diagramas: En función del ambiente de cristalización/consolidación Rocas Plutónicas e Hipoabisales Rocas Volcánicas Criterios químicos: Acidez: % en peso de SiO2 Saturación en sílice Aluminosaturación IUGS Normativa CIPW Índice de color Por su textura Grado de Cristalinidad Grado de Visibilidad Tamaño de los cristales Forma de los cristales Contactos entre los cristales Trama Mineral Volcanismo, asociaciones volcánicas y contexto geotectónico Minerales y productos volcánicos Tipos de erupciones volcánicas Volcanes Características generales Volcanes Monogenéticos Volcanes Poligenéticos Geometría Plutónicos Evidencia para su formación: Tipos de estructuras o geometrías ígneas Factores del Metamorfismo Límites del Metamorfismo