Unidad 4. Magmatismo y metamorfismo

1. Magmatismo  Conjunto de procesos que comprende:  Formación de un magma  Evolución del mismo  Consolidación magmática  Rocas magmáticas

1.1 El magma  Es una mezcla de rocas silicatadas con una fracción fundida, otra gaseosa, y generalmente otra sólida (óxidos, sulfuros, sulfatos metálicos) en baja %.  Siempre existen fluidos, (H2O, CO2…) que condiciona el comportamiento de los magmas.

 Elementos más abundantes (98 %): Si, O, Al, Ca, Na, K, Mg y Fe  Los gases provienen de gases originales contenidos en la mezcla, de nuevos gases formados por reacciones químicas o de la evaporación de agua  Los gases están retenidos en la mezcla debido a las altas presiones a las que está el magma en el interior del planeta, pero se liberan cuando el magma sale al exterior  Los minerales funden a diferentes temperaturas, por eso, según la temperatura a la que esté el magma, algunos estarán fundidos y otros no

Tipos de magmas 900 – 1200 ºC

Baja viscosidad

800 – 900 ºC

700 – 800 ºC

Alta viscosidad

Origen del magma El magma se origina a partir de la fusión total o parcial de rocas localizadas en la litosfera o en la mesosfera

Factores que influyen en la fusión de los minerales de las rocas Calor Desintegración de elementos radiactivos

Fricción entre rocas en zonas de subducción

Agua

Presión

La presencia de agua disminuye el punto de fusión de la roca, pues los OH- favorecen la rotura de los enlaces Si-O de los silicatos

Ascenso de material caliente desde zonas profundas de la mesosfera hasta parte inferior de la litosfera

Si la roca profundiza

Aumenta su punto de fusión Hundimiento de las rocas en zonas de subducción hacia zonas más térmicas

En las zonas cercanas a la superficie, las rocas graníticas comienzan a fundir a unos 750 ºC, las de tipo basáltico a unos 1000 ºC Es decir, cuanto mayor contenido en SiO2, más bajo el punto de fusión

Porque al aumentar la presión, disminuye el volumen de la masa rocosa, impidiendo la disgregación de los granos

Si la roca asciende

Disminuye su punto de fusión

Porque al disminuir la presión, aumenta el volumen disponible y los granos pueden separarse para que la roca se funda

la fusión de las rocas. Depende de diversos factores:

Temperatura

varia según la composición de los minerales que forman la roca

Mineral con el pto de fusión mas alto: a la temperatura que funde toda la roca se la llama: Pto de liquidus

Varia si hay o no

CUANDO ES:

Alta Mineral de la roca con el pto de fusión mas bajo: la temperatura a la que este funde es el punto de solidus

Agua

Presión

Aumenta el pto de fusión

baja

Disminuye el pto de fusión

Con agua

Sin agua

Disminuye el pto de fusión: FUSIÓN HÚMEDA

Se mantiene el pto de fusión: FUSIÓN SECA

Evolución magmática Proceso muy complejo y lento, que termina en la formación de diferentes rocas magmáticas, por diferentes mecanismos:  La consolidación de los magmas en la cámara a medida que se pierde temperatura es lenta, pudiendo durar varios millones de años.  Como el magma es una mezcla de distintas sustancias, éstas van cristalizando dependiendo de su punto de fusión, primero los minerales más densos con punto de fusión más alto y después el resto.  Se producen tres sucesos: 

Diferenciación magmática. La fase sólida del magma, más densa, se hunde, separándose de la fase líquida que puede seguir su ascenso.



Asimilación magmática. El magma, por su alta temperatura puede fundir y asimilar parte de las rocas encajantes que lo rodean, sumando su composición a la nueva roca, que será distinta al magma original.



Mezcla. También se pueden formar rocas diferentes al magma de partida cuando se mezclan dos magmas distintos

Por fusión de esta roca e incorporación a la masa magmática

Por incorporación de fragmentos de la roca encajante que no se funden

Reacción entre las sustancias del magma y los minerales de la roca encajante

La evolución del magma

El magma incorpora materiales de la roca encajante En realidad, la evolución del magma, cuando asciende por la litosfera, sufre tres procesos:

Asimilación magmática

Mezcla de magmas

Cuando una cámara magmática con magma en diferenciación es invadida por otra masa de magma, por lo que la composición química resultante será diferente

Sedimentación cristalina Separación de minerales ya cristalizados del resto de la masa magmática

Fases de la consolidación magmática La solidificación de un magma es un proceso inverso al la fusión. Este proceso de cristalización sucede en tres etapas: ◦ Ortomagmática: (temperaturas superiores a los 500º C) Se produce la solidificación en el interior de la cámara magmática. Cristalizan minerales silicatos originando rocas plutónicas.

◦ Pegmatítica - Neumatolítica: (temperaturas entre 500 y 300º C) Los fluidos residuales con alto contenido en volátiles salen por las grietas de la cámara magmática solidificándose en su interior. Se originan rocas filonianas, ricas en cuarzo, feldespato ortosa, mica moscovita, turmalina y algunos de interés económico (Sn, W, Li, F). ◦ Hidrotermal: (temperaturas inferiores a 300º C) Soluciones acuosas a alta temperatura con componentes solubles (CO2, F, Cl, Br, S, etc.) ascienden por grietas cristalizando en ellas. ◦ Se forman rocas filonianas e impregnaciones en otras rocas, con sulfuros metálicos de gran interés económico (Pb, Zn, Cu, Fe, Hg, etc.)

1.2 Emplazamiento de las R. Magmáticas

Lavas cordadas (Pahoehoe)

Lavas en bloque (Aa)

Lavas almohadilladas

1.3 Yacimientos minerales de origen magmático  Un yacimiento es una concentración determinada de una sustancia mineral que puede ser aprovechada por el hombre, es decir, que tenga interés económico.

•

• •

Yacimientos de segregación o magmáticos profundos. los de segregación, originados por una separación de sustancias dentro del mismo magma que hacen que determinado mineral se concentre en un depósito. En la fase ortomagmática. Por diferenciación gravitatoria. (niquelina (Ni), cromita (Cr), Magnetita (Fe) y platino) Yacimientos pegmatiticos-neumatolíticos. Casiterita (Sn), Ambligonita (Li), wolframita (W), etc., y minerales no metálicos como ortosa, y piedras preciosas (esmeralda) Yacimientos hidrotermales: muy abundantes Precipitación de sulfuros metálicos. Galena (Pb), Blenda (Zn), calcopirita (Cu), cinabrio (Hg),oro y plata

1.4 Magmatismo y tectónica El magmatismo está relacionado con los bordes o límites entre las placas y con el vulcanismo intraplaca.

Bordes constructivos o dorsales. 80% del magmatismo terrestre por disminución de la presión y cierto aumento de la temperatura. Se produce magma basáltico del que el 65 % consolida en profundidad y forma gabros, y el resto en superficie, formando basaltos. Son las rocas de la corteza oceánica. Bordes destructivos o zonas de subducción. 12% del magmatismo por aumento de temperatura debido al rozamiento de las placas y al agua introducida por deshidratación de la placa que subduce. Los magmas más superficiales son basálticos y formarán rocas volcánicas. Los más profundos son graníticos y formarán rocas plutónicas como el granito. Los intermedios darán volcánicas como las andesitas y plutónicas como las dioritas. Vulcanismo intraplaca. Debido a puntos calientes del manto. El magma es basáltico en casos como Hawai y Yellowstone. En otras zonas, formadas por distensión con grandes fracturas, como Canarias, también se forman rocas volcánicas.

Localización de la actividad magmática “Verticalmente” • Un 65% quedan en profundidad (rocas plutónicas), • Un 35% llega a la superficie (rocas volcánicas) “Horizontalmente”:

2. Rocas magmáticas  Están formadas por silicatos, que a su vez están constituidos por unidades de SiO4 , solas o unidas entre sí, compartiendo de uno a cuatro oxígenos. Estas unidades tienen cargas negativas que compensarán uniéndose a cationes metálicos de Ca, Fe, Mg, Na, K, Mn, etc. lo que origina una gran variedad de compuestos.  Los minerales del grupo de los silicatos son: 

Cuarzo. Tectosilicatos.



Feldespatos: ortosa (K) y plagioclasas (Na y Ca) (tectosilicatos)



Micas: biotita (Fe, Mg) y moscovita (Al, K) Filosilicatos.



Anfíboles como la hornblenda (Ca, Mg, Fe, Al, OH-) (inosilicatos cadena doble)



Piroxenos (inosilicatos) como la augita (Ca, Mg, Fe, Al)



Olivino (Fe, Mg) (nesosilicatos)

2.1 Principales rocas magmáticas Clasificación según lugar de formación Plutónicas: solidificación lejos de la superficie terrestre. Enfriamiento lento, formación de grandes minerales Volcánicas: Rocas formadas a partir de lavas y piroclastos en la superficie de la tierra. Enfriamiento rápido Filonianas: Solidificación en grietas o fracturas, con enfriamiento relativamente rápido. Forma diques o filones.

Rocas plutónicas

Sienita

Peridotita

Gabro

Riolita

Traquita

Basalto

Andesita

Obsidiana

Pumita

Aplita

Pórfidos

Diabasa

Tipode rocas ígneas

VOLCANICAS

Minerales

PLUTONICAS FdK

FdNa

oo

oo

o

o

Ácido SiO2 > 66%

o

Intermedio SiO2 52-66%

Riolita

Granito

Traquita

Sienita

o

o

Andesita

Diorita

o

o

Basalto

Gabro Peridotita

Magma

Cuarzo

FdCa Mica Anfibo Piro Olivino l xen o

o

o

o

Intermedio SiO2 52-66%

o

o

o

Básico SiO2 45-52%

oo

Ultrabásico SiO2 < 45%

2.2 Usos de las rocas magmáticas Debido a su dureza y su composición, se utilizan en construcción y decoración como:  Áridos  Sillares para construcción  Rocas ornamentales  Basalto: se utiliza como grava de carretera y para el afirmado de las vías de tren, en las construcciones bajo el agua y para realizar pequeños enladrillados.  Pumita: su empleo como material para pulimentar y en productos de cosmética. En construcción se emplea para fabricar rocas ligeras (rocas esponjosas). suele utilizarse para la preparación de detergentes y para alisar las asperezas de la piel.



Granito: se utiliza para adoquines, bordillos y mojones y también para grava (triturado, anguloso). Los granitos coloreados, son buscados para revestimiento de fachadas, embaldosados de suelos o para esculturas.

 Granodiorita: se utiliza en construcción para realizar lapidas y como lozas de cementerios.  Andesita: Sus usos industriales son similares a los de la ortosa, la amazonita, variedades como gema que se pule como piedra.  Cuarzodiorita: Se utiliza con profusión en las fabricas de vidrio y de ladrillo silito o como cemento y argamasa.

3. Metamorfismo  Se denomina METAMORFISMO al proceso geológico que comprende un conjunto de transformaciones mineralógicas y/o texturales de las rocas, que dan origen a las ROCAS METAMÓRFICAS (Meta = transformación y morphe = forma)  El metamorfismo es el conjunto de cambios físico-químicos que sufren las rocas sin perder su estado sólido cuando al profundizar en la corteza terrestre aumentan la temperatura y la presión. Estos cambios originan nuevas rocas denominadas metamórficas, a partir de cualquier otra preexistente. Este proceso se encuentra a medio camino entre la diagénesis (proceso de formación de rocas sedimentarias) y el magmatismo.

3.1 Factores del metamorfismo  Los factores que influyen en el metamorfismo son:  Temperatura. Por el gradiente geotérmico y al ponerse en contacto con magmas. El metamorfismo ocurre entre 200 y 800ºC, y se dan reacciones químicas entre los minerales que forman las rocas.

 Presión. El aumento se produce por el peso de las rocas (litostática), por la presión de los fluidos existentes entre los granos y por los esfuerzos tectónicos. El metamorfismo se produce entre 2kbar y 15 kbar y provoca cambios físicos y estructurales en las rocas.  Presencia de fluidos o volátiles. Aumenta la presencia de fluidos como dióxido de carbono y agua debido a la deshidratación y descarbonatación que sufren algunos minerales. Los fluidos favorecen las reacciones químicas.

Estas condiciones se han de mantener durante miles de años al tratarse de cambios muy lentos.

Temperatura  El aumento de temperatura relacionado con el metamorfismo puede deberse a condiciones distintas:  Enterramiento a gran profundidad: No todas las rocas comienzan un proceso de metamorfismo a la misma profundidad, algunas se inestabilizan a pocos km, mientras que otras requieren enterramientos de hasta 20 km.  Proximidad a un magma: Provoca un tipo de metamorfismo llamado de contacto.  Movimiento de bloques de falla: que producen calor en la zona de fricción. Provoca metamorfismo dinámico  El aumento de temperatura consigue que las partículas que forman la red cristalina sufran vibraciones que debilitan su cohesión y se facilita la entrada y salida de iones en la red.

 Los procesos metamórficos tienen lugar entre 200 ºC y 800 ºC, que son los límites de la diagénesis y de la fusión parcial (migmatización) y por encima la fusión es total (se forman magmas)  El aumento de la temperatura favorece los cambios químicos, es decir, las reacciones entre los minerales que forma una roca

Presión  Tiene tres componentes:  Presión litoestática. Aumenta con la profundidad del orden de 0,3 kbar/km, y viene dada por la carga de las rocas superiores más la del agua o fluidos en ellas almacenados.

 Presión de fluidos  Presión tectónica. Esfuerzos de compression, distension o cizalla

 Su acción tiene distintos efectos sobre los minerals de las rocas sobre las que actúa:  Dificulta o impide los procesos de fusion  Favorece la recristalización  Origina cambios estructurales en las rocas. Los minerales se orientan perpendicular o paralelamente, dando lugar a estructuras orientadas en línea o en bandas. A este fenómeno se le llama foliación.

http://www.bioygeo.info/Animaciones/Foliation1.swf

Aumento de la presión de confinamiento

A. Presión de confinamiento

Estratos no deformados

Estratos deformados

B. Esfuerzo diferencial

Presencia de fluidos o volátiles  Los fluidos están normalmente formados por agua, dióxido de carbono y sales, y trazas de multitud de elementos químicos disueltos. Son muy importantes en el metamorfismo, ya que son capaces de disolver los minerales. Pueden ser portadores de los elementos químicos que se necesitan en las reacción es metamórficas. En ausencia de fluidos, la velocidad de reacción es muy reducida.  Origen de los fluidos  Espacios porosos de las rocas sedimentarias

 Fracturas de las rocas ígneas  Minerales hidratados como las arcillas y las micas

 Los fluidos favorecen las reacciones químicas entre los minerales, reduciendo los valores de presión y temperatura requeridos para dichas reacciones.

3.2 Procesos metamórficos  TRANSFORMACIONES MINERALÓGICAS  Reajuste mineralógico:Las reacciones son variadas y dependen de los minerales de partida y de los factores existentes. Los cambios pueden ser totales o parciales.  Recristalización: A partir de 300ºC, las partículas forman cristales de mayor tamaño, sin cambiar de composición mineralógica. Es lo que le ocurre al mármol a partir de una caliza sedimentaria.  Deshidratación y descarbonatación: Perdida de agua o de CO2 de los minerales, debido al aumento de temperatura. El agua facilita las reacciones metamórficas

 TRANSFORMACIONES TEXTURALES  Aumento de densidad: la presión comprime la roca y aumenta la densidad  Reorientación de los minerales: Algunos minerales cuando se comprimen, rellenando huecos.

 Recristalización con orientación permanente: mineral se agranda en la dirección en la que no hay compresión  Brechificación o rotura, asociado a presiones tectónicas con fallas, dando brechas (textura cataclástica)

3.3 Metamorfismo y facies metamórficas  El grado o “ estado de metamorfismo” hace referencia, a las condiciones de P-T específicas bajo las cuales se ha formado una roca”  M. de grado muy bajo. Baja presión y baja temperatura. Próxima a diagénesis.  M. de grado alto. Alta presión y alta temperatura, próximo a la fusión.

 Facies metamórfica. Conjunto de minerales que definen las condiciones de presión y/o temperatura a las que se forma una roca metamórfica

Metamorfismo y tectónica de placas Dorsal oceánica

Fosa

Metamorfismo hidrotermal Ascenso

Zona de baja temperatura/alta presión

Astenosfera

Zona de alta temperatura/baja presión

Magma ascendente

Zona de alta temperatura/alta presión Fusión

parcia l

Figura 8.24

3.4 Tipos de metamorfismo Aunque los factores actúen al mismo tiempo suelen hacerlo con distintos grados de intensidad. Esto da lugar a distintos tipos de metamorfismo: Una clasificación genética (por el origen) del metamorfismo distingue entre metamorfismo de contacto (debido al calor que transmite a una roca un cuerpo intrusivo); metamorfismo dinámico o cataclástico, debido a presiones dirigidas por la acción de fallas, y metamorfismo regional, la forma más importante, donde se produce una transformación extensa y profunda por la acción simultánea de temperaturas y presiones altas, como ocurre en bordes de placa convergentes. Hay además un metamorfismo hidrotermal (metasomatismo), debido a la penetración de fluidos calientes y químicamente activos, y un metamorfismo de choque, un fenómeno localizado que se produce por el impacto de meteoritos y cometas contra la superficie rocosa del planeta.

Metamorfismo dinámico o de presión (dinamometamorfismo) Es la presión, provocada por el movimiento entre bloques o placas que genera la acción de las fallas. Las rocas que se generan en este proceso se llaman brechas de falla o cataclastitas, y se caracterizan por la presencia de cantos englobados por una matriz, generados por trituración. A veces se produce una cierta vitrificación y orientación mineral, formando una rocas llamadas milonitas.

Milonita

Metamorfismo de contacto o térmico  Ocurre cuando la transformación de las rocas se debe principalmente a las altas temperaturas a las que se ven sometidas. Esto se debe al calor liberado por la intrusión ígnea en capas de la corteza , formando una aureola de contacto. Esta aureola se encuentra alrededor de la roca, provocando que el metamorfismo sea de mayor grado cuanto más cerca del magma.  Es un fenómeno esencialmente térmico  Aparecen minerales en función de las distintas zonas metamorfizadas por efecto del calor transmitido. Estos minerales se llaman minerales índice de metamorfismo Clorita > Biotita > Andalucita > Sillimanita  Las rocas resultantes se llaman corneanas

Metamorfismo regional  Se produce por el efecto simultáneo de un aumento de la presión y de la temperatura durante largos períodos de tiempo en grandes áreas de la corteza terrestre con gran actividad tectónica, como los límites de las placas litosféricas. También influyen la presencia de fluidos en las rocas que se van a metamorfizar, y las tensiones originadas por el movimiento de las placas tectónicas.  Todas las rocas presentan procesos de esquistosidad y foliación  Tipos de metamorfismo regional  Alta presión y baja o media temperatura. Esquistos azules (intensa deformación y pérdida de estructura original)  Alta presión y alta temperatura. Se produce en el plano de Benioff. Aparecen minerales índice de metamorfismo. Si hay fusión parcial se forman migmatitas

Metamorfismo hidrotermal  Se produce cuando hay una interacción entre las rocas y agua caliente químicamente activa. Es un metamorfismo asociado a la presencia de fluidos calientes que contienen gran cantidad de iones disueltos. Si debido a la interacción de la roca con los fluidos hay sustracción o adición de compuestos químicos.  Las rocas resultantes se llaman skarns

Metamorfismo de enterramiento  Se produce debido al aumento de temperatura y presión que sufren los sedimentos.  La temperatura y la presión aumentan según los siguientes gradientes:

 Presión → 3,5 kbar por cada 10 km de profundidad.  Temperatura → 20-30°C por cada kilómetro de profundidad.  Esto implica que en las cuencas en las que el espesor de sedimentos es elevado se pueden superar los 300 °C. Las rocas que sufren este metamorfismo suelen carecer de foliación, la transformación mineralógica es incompleta y preservan gran parte de sus rasgos originales.

Metamorfismo de impacto  Ocurre por el efecto de ondas de choque producidas por impactos meteoriticos, explosiones nucleares o ensayos de laboratorio. En este tipo de metamorfismo se alcanzan presiones de hasta 1.000 kbar .A escala macroscópica, uno de los rasgos más característicos es la presencia de brechas. Estas brechas de impacto proceden del material expulsado por el meteorito al caer (ejecta) o del fondo del cráter.  También es frecuente la presencia de conos astillados cuyos ápices suelen apuntar hacia la fuente de las ondas de choque

4. Rocas metamórficas.  Las rocas se diferencias por su textura y por su composición mineralógica Texturas. El término textura se utiliza para describir el tamaño, la forma y la distribución de las partículas minerales Foliación. Cualquier disposición planar de los granos minerales o los rasgos estructurales del interior de una roca. Varios tipos:  Rotación de los granos minerales alargados o de hábito planar  Recristalización de los minerales en la dirección de la orientación preferente  Cambios de forma en granos equidimensionales a formas alargadas que se alinean

Texturas no orientadas (sin foliación)

Texturas orientadas (foliadas)

Serie de la arcilla (silicatadas)

Rocas Foliadas

PIZARRA

FILITAS

ESQUISTO

GNESIS

Descripción

Grano fino, con pequeños cristales de mica

Gradación Muy foliada en el metamorfism o de la pizarra

Origen

Metamorfism Pizarra a o grado mayor bajo de presión lititas

Lititas, con

Característic as

Exfoliación

Brillo Satinado

Fácil rotura

Composició n

Materia orgánica (negra), óxido de hierro (rojas), clorita (verdes)

Pizarrosidad, cristales muy finos de moscovita.

Minerales Cuarzos, planares plagioclasa que incluyen y feldespato la mica.

Roca metamórfica bandeada

Metamorfism metamorfismo o grado grado medio algo esquisto Segregación de silicatos claros y oscuros

Rocas no foliadas

MARMOL

CUARCITA

CORNEANAS

Descripción

Roca cristalina. Puede aparecer bandado

Se encuentra en terrenos primarios

Metamorfismo de contacto

Origen

Calizas.

Arenisca rica en No tienen cuarzo

Características

Blancura, atractivo color

Gran dureza. Aspecto bandeado.

Minerales indican mayor o menor desarrollo

Composición

Calcita, puede contener mica, clorita

Blanca en función del óxido de hierro puede ser roja o rosada

Planar según el grado de metamorfismo

Nombre de la roca Pizarra Filita Esquisto Gneis Migmatita

A u m e n t o d e l

Milonita

Metaconglomerado Mármol Cuarcita Corneana Antracita Brecha de falla

Textura m e t a m o r f i s m o

F o l i a d a

P o c o

N o f o l i a d a

f o li a d a

Tamaño de grano

Observaciones

Protolito Lutitas, pelitas

Muy fino

Pizarrosidad excelente, superficies lisas sin brillo

Fino

Se rompe a lo largo de superficies onduladas, brillo satinado

Pizarra

Medio a grueso

Predominan los minerales micáceos, foliación escamosa

Filita

Medio a grueso

Bandeado composicional debido a la segregación de los minerales

Esquisto, granito rocas volcánicas

Medio a grueso

Roca bandeada con zonas de minerales cristalinos claros

Gneis, esquisto

Fino De grano grueso Medio a grueso

Medio a grueso Fino Fino Medio a muy grueso

Cuando el grano es muy fino, parece sílex, suele romperse en láminas

Cantos alargadoscon orientación preferente Granos de calcita o dolomita entrelazados Granos de cuarzo fundidos, masiva, muy dura

Cualquier tipo de roca Conglomerado rico en cuarzo Caliza, dolomía Cuarzoarenita

Normalmente, roca masiva oscura con brillo mate

Cualquier tipo de roca

Roca negra brillante que puede mostrar fractura concoide

Carbón bituminoso

Fragmentos rotos con una disposición aleatoria

Cualquier tipo de roca

Filita

Pizarra

Micaesquisto granatífero

Mármol

Cuarcita