Placas Tec y Rocas Igneas (1)

Mineralogía y Petrografía: Tema 2.- "Rocas ígneas" 1

PROCESOS Y MATERIALES ÍGNEOS CONSTITUCIÓN PETROLÓGICA DE LA CORTEZA Y MANTO TERRESTRE. - La estructura y estado físico del interior de la Tierra se conoce gracias a las ondas sísmicas. - Desde el punto de vista químico: 3 zonas: Corteza (discont. de Mohorovicic)-Manto (discont. Gutenberg)-Núcleo.

Constitución interna de la Tierra: unidades químicas (c) y dinámicas (b), éstas deducidas a partir del comportamiento de las ondas sísmicas (a). (Modificado de Anguita y Moreno, 1991).

Luis Miguel Suárez del Río. Dpto. Geología. Universidad de Oviedo


- La corteza es distinta en los océanos y continentes. - Corteza oceánica: - Gabros y basaltos (R. ígneas básicas) y sedimentos. - Edad: 180 M.A. - Potencia: 6-12 km. - Corteza continental:

- Estructura compleja: R. plutónicas, volcánicas y sedimentarias, metamorfizadas (>Prof.) en ocasiones.

Composición global andesítica - Edad: 4000 M.A. - Potencia: 25-70 km (x=32km).

Modelo de constitución de la corteza oceánica (a) y continental (b). (Modificado de Anguita y Moreno, 1991) - Manto:

- Rocas peridotíticas (por fusión parcial ⇒ magmas basálticos ⇒ dorsales oceánicas)

-Núcleo: - Fe + elementos más ligeros (8-10% S; 4% Ni) - Exterior fundido, interior sólido



- Desde el punto de vista de comportamiento dinámico: 5 zonas: litosfera, astenosfera, mesosfera, núcleo externo y núcleo interno, separadas por discontinuidades. - Litosfera: - Corteza oceánica y continental + algo del Manto. - Potencia: 50-150 km en océanos 300-400 km? (>100 km?) en continentes

- Es rígida (aunque la continental profunda es dúctil, lo que permite el despegue de la capa superior).

- Astenosfera: - Nivel plástico (Vp y Vs ⇓, fusión: 1-3%, canal de baja V) - Espesor bajo océanos: -50 (-100) a -300 km - Espesor bajo continentes: -150 (-200) a -300 km - Mesosfera: - Manto bajo la astenosfera. - Coincide con manto superior e inferior - División a 650-670 km: cambio de estructura pero no de composición (estructura de espinela ⇒ perovskita) - Núcleo:

- Núcleo externo fundido, con protuberancias de hasta 10 km debido a la agitación térmica (corrientes de convección)

- Núcleo interno sólido, pero también en convección

Modelos de convección en el manto (Anguita y Moreno, 1991)



La Litosfera oceánica tiene una rigidez homogénea, mientras que la continental tiene un comportamiento plástico en la parte inferior. (Modificado de Molnar, 1988).



MARCO GEOLÓGICO DE LAS ROCAS ÍGNEAS TECTÓNICA DE PLACAS - Los continentes se mueven (varios cm/año) - La litosfera está dividida en placas que interaccionan entre sí separándose (dorsales oceánicas o bordes constructivos), deslizándose lateralmente (fallas transformantes o bordes pasivos), aproximándose y colisionando (zonas de subducción o bordes destructivos).

Principales placas litosféricas y sus márgenes. Nótese que cada placa puede incorporar corteza continental y oceánica. (Francis, 1976) Luis Miguel Suárez del Río. Dpto. Geología. Universidad de Oviedo


Bordes constructivos (a), destructivos (b) y pasivos (c) (Anguita y Moreno, 1991) - La corteza oceánica se recicla (en unos 200 M.A.) - Aunque casi toda la actividad geológica interna se produce en los bordes de placa, hay excepciones:

- a) Cuando colisionan dos placas, puede deformarse no sólo la placa que subduce, sinó la otra, produciendo vulcanismo intraplaca.

- b) También la presencia de "puntos calientes" ("plumas térmicas")

puede producir vulcanismo. Convección en el manto: covección movida por la subducción (F1); flujo difuso de retorno del anterior (F2); plumas térmicas que surgen de la base del manto y perforan la litosfera (F3). (Anguita y Moreno, 1991).



Actividad volcánica en superficie alrededor del Océano Pacífico, localizada esencialmente en los bordes destructivos de placa (Francis, 1976). - En una zona de subducción, la fricción produce calor y puede fundir parcialmente la litosfera, creando un borde constructivo satélite, separando el borde del continente ("extensión tras arco").

Proceso de extensión tras-arco (Anguita y Moreno, 1991).



- La causa del movimiento de las placas es la propia subducción, que enfría la mesosfera y crea dos flujos de retorno desde la base de ésta: uno difuso y otro concentrado (favorecido por el núcleo) (⇒ puntos calientes) - El magmatismo se produce, pues, en los bordes constructivos de placa (dorsales oceánicas) (80%), en los bordes destructivos (zonas de subducción) y en zonas intraplaca (puntos calientes). - La roca no funde a una determinada temperatura, sinó en un intervalo (sólidus-líquidus). Entre ambos una roca esta parcialmente fundida. P.ej, astenosfera: fusión incipiente (1-3%)

a) Representación gráfica del intervalo de fusión de una roca. b) Tres formas de producir fusión en una roca: 1) ⇑ Tª; 2) ⇓ P; 3) ⇑ H2O. (Anguita y Moreno, 1991). - La fusión se produce por aumento de Tª, disminución de P o aumentando la cantidad de agua - Magmatismo de las dorsales: ⇓ P - Magmatismo de zonas de subducción: ⇑ Tª + ⇑ H2O de los sedimentos que subducen

- Magmatismo intraplaca: ⇓ P (asociado a fallas) o ⇑ Tª (puntos calientes).



PRINCIPALES TIPOS DE MAGMAS - Los más abundantes: basáltico, granítico y andesítico. Magma basáltico - Dos tipos: - Toleítico (relat. ⇑ SiO2) ⇒ en dorsales - Alcalino (⇓ SiO2, rico en Na+K)⇒ intraplaca - Ambos tienen un origen común: peridotitas del manto - Columna de peridotitas sube por convección sólida a través del manto. A unos 100 km empieza la fusión:

- Si sube despacio, el líquido (menos denso) se separa y sube más rápido (magmas alcalinos) (15% fusión, 80 km prof.)

- Si sube rápido, suben juntos líquido+sólido; a unos 30 km habrá una fusión mayor (≈ 30%) ===> magmas toleíticos.

- En zonas de subducción también se producen basaltos:

- Calor de fricción + liberación de fluidos ==> ⇓ punto de fusión de las rocas superiores (==> astenosfera>fusión) ==> magmas basálticos

Magma andesítico - Andesitas: rocas > SiO2 y > min. hidratados que los basaltos - Aparecen en bordes destructivos (subducción) - Origen no claro: - Cristalización de min. hidratados en un magma basáltico evolucionado (magma secundario) - Fusión parcial de la corteza que subduce (magma primario)



Magma granítico - Los granitos aparecen frecuentemente en zonas de subducción. - Los magmas basálticos o andesíticos (≈1000oC) ascienden y atraviesan la corteza continental (Tª fusión ≈ 700oC) y funden parcialmente las rocas (sedimentarias, metamórficas o plutónicas) - Estos granitos se llaman orogénicos, en contraposición de los que aparecen (por el mismo mecanismo de fusión parcial) en zonas intraplaca (puntos calientes), llamados anorogénicos.

Tectónica de placas y generación de magmas primarios diferentes. (Modificado de Girod, 1978)



EVOLUCIÓN DE LOS MAGMAS - Los magmas no llegan directamente a la superficie desde su zona de generación, sinó que se alojan en una cámara magmática (1-5 km de profundidad). Allí pueden modificar su composición: -a) Diferenciación: al enfriar, se forman cristales (toman elementos: disminuyen, pues, en el fundido): - Gravitatoria (distintas densidades de los minerales) - Migración forzada del magma (filtración) - Transporte gaseoso (gas lleva elementos al techo, p.ej., Na y K)

-b) Asimilación: el magma funde porciones de rocas encajantes cambiando su composición

-c) Mezcla de magmas: p.ej. la llegada de un nuevo magma primario a una cámara magmática diferenciada (si hay inmiscibilidad pueden quedar como enclaves)

Esquema de una cámara magmática y de los procesos de diferenciación. (Anguita y Moreno, 1991).



- A partir de 3 ó 4 magmas primarios (basaltico toleítico, basáltico alcalino, granítico y ¿andesítico?) se originan varias docenas de magmas diferentes. - La evolución magmatica, por diferenciación, origina magmas sucesivos relacionados entre sí ===> series de rocas ígneas. - Las principales series son la toleítica, la alcalina y la calcoalcalina, cada una de ellas se presenta en un ambiente geológico específico o provincia petrogenética.

- Serie toleítica: dorsales. Pequeña profundidad de formación del magma: no evoluciona.

- Serie alcalina: No es abundante. Típica de ambientes intraplaca tanto oceánicos (islas volcánicas oceánicas) como continentales (Olot, Campos de Calatrava).

- Serie calcoalcalina: no procede claramente de un magma primario y está asociada a bordes destructivos de placa (orógenos y arcos insulares).

Las series de rocas ígneas y su evolución. (Modificado de Anguita y Moreno, 1991)



FORMAS DE PRESENTACIÓN DE LAS ROCAS ÍGNEAS - Plutónicas: cristalizan en profundidad - Nombre genérico: plutón (cámara magmática solidificada). - Si es grande: batolito - Plutones concordantes: - Sill: plano (tabular) - Lacolito: base plana, techo en cúpula - Lopolito: base y techo ´concavo hacia arriba - Plutones discordantes: - Diques: tabulares: - enjambres (paralelos, formando familias) - radiales - anulares

Principales modos de aparición de las rocas ígneas (plutónicas, volcánicas e hipoabisales o subvolcánicas)



- Volcánicas: cristalizan en superficie o muy próximo a ella. - Edificios volcánicos: - Chimenea (conducto del magma) - Cráter (al final de la chimenea, en superficie) - Productos: - Coladas de lava - Piroclastos (lava solidificada en el aire) - Bombas (> 64 mm) - Lapilli (64-2 mm) - Cenizas (< 2 mm) - Nube ardiente o colada piroclástica: suspensión de fragmentos de lava semisólida en volátiles o aire.

Esquema de la formación de una colada piroclástica o nube ardiente: los fragmentos de magma semisólido son transportados en suspensión por los volátiles (Anguita y Moreno, 1991)



CARACTERÍSTICAS PETROGRÁFICAS DE LAS ROCAS ÍGNEAS - Textura R. Plutónicas: - Granuda (equigranular y heterogranular) (granitos, granodioritas, sienitas,...) - Porfídica: 2 tamaños de cristales: - Mayores (fenocristales) - Menores (mesostasis o matriz) (granitos, granodioritas...)

- Diabásica (máficos entre feldespatos) (dioritas, gabros).

Esquema de la textura de las rocas plutónicas e hipoabisales (Castro Dorado, 1988)



- Textura R. Volcánicas: - Vítrea u holohialina (obsidiana) - Porfídica (andesitas, basaltos) - Porfídica fluidal (riolitas) - Microlítica (con pequeños cristales de feldespatos) - Traquítica (pequeños feldespatos orientados) (Traquitas)

Esquema de la textura de rocas volcánicas (Castro Dorado, 1988)



CLASIFICACIÓN DE LAS ROCAS IGNEAS CRITERIOS DE CLASIFICACIÓN Clasificación por yacimiento - Plutónicas: Formadas a profundidad considerable. Textura fanerítica (cristales visibles a simple vista).

- Volcánicas: Formadas en superficie (coladas) o muy cerca (diques, chimeneas volcánicas...). Textura afanítica (cristales no visibles a simple vista) y a veces con vidrio

- Hipoabisales: formadas a profundidad intermedia. Textura fanerítica o afanítica. P. ej. Pórfidos y diabasas. Clasificación por composición mineralógica - Composición modal o modo = % en volumen de sus minerales. Clasificación de Streckeisen (modificada por la IUGS) - Esta clasificación se basa en la abundancia relativa de los siguientes minerales: Minerales félsicos: - Q = Cuarzo + Tridimita + Cristobalita - A = Feld. alcalinos (ortosa + microclina + anortoclasa + sanidina + albita [An0-An5]) - P = Plagioclasas [An6-An100] + escapolita - F = Feldespatoides (nefelina, leucita, hauyna, sodalita...) Minerales máficos - M = Min. máficos (micas, Anf., Px, Ol, opacos, acces...) - Q y F son incompatibles ===> dos triángulos equiláteros



(vale para M<90%)

4 5

60

20

58

Q10

11 14

15

13

109

12

77'

32

1010'9'

Q6 Q7 Q8

6'

Q

60

F

A P8'

1

Q96

Plutónicas Volcánicas

1 Granitoide rico en cuarzo 2 Granito de feldespato alcalino Riolita de feldespato alcalino 3 Granito Riolita 4 Granodiorita Dacita 5 Tonalita Dacita 6 Sienita de feldespato alcalino Traquita de feldespato alcalino 7 Sienita Traquita 8 Monzonita Latita 9 Monzodiorita/monzogabro Andesita/basalto 10 Diorita/gabro Andesita/basalto 11 Sienita con feldespatoides Fonolita 12 Monzosienita con feldespatoides Fonolita tefrítica 13 Monzodiorita/monzogabro con foides Tefrita/basanita fonolítica 14 Diorita/gabro con feldespatoides Tefrita/basanita 15 Foiditas Q6, Q7.... Cuarzosienita de F.A., Cuarzosienita, etc 7', 8', 9'.... Sienita con feldespatoides, Monzonita con feldespatoides, etc Clasificación de Streckeisen, 1979 (modificada por la I.U.G.S.)



- Para M>90%, las rocas se dividen en (simplificado):

- Peridotitas (>40% Ol) (1) - Piroxenitas (>50% Px) (< 40% Ol) (2)

- Hornblenditas (>50% Horn) (<40% Ol) (3)

Ol

40 Olivino

2 3

1

Px Horn

Clasificación de las rocas ultramáficas (Según Streckeisen, 1976, simplificada). Clasificación por composición mineralógica y color - Basada en la presencia y proporción de algunos minerales (Q, Feld y Foides) y en un índice de color, M' - M' = M - (apatito + moscovita + carbonatos + otros) siendo: M = % min. máficos (ver Clasif. Streckeisen) otros = min. máficos claros - Mediante este índice de color, las rocas ígneas se clasifican en: A) Rocas leucócratas 0-35% B) Rocas mesócratas 35-65% C) Rocas melanócratas 65-90% D) Rocas ultramáficas 90-100%



Clasificaciones texturales - Textura: Relación existente entre los minerales de la roca y su distribución espacil (forma, tamaño, hábito, orientación, etc.) Clasificación por tamaño de grano Rocas de grano fino: < 1 mm Rocas de grano medio: 1-5 mm Rocas de grano grueso: 5-30 mm Rocas pegmatíticas: > 30 mm Rocas faneríticas: cristales visibles a simple vista Rocas afaníticas: cristales no visibles a simple vista Rocas equigranulares: tamaños de cristales similares Rocas heterogranulares o inequigranulares: tamaños de cristales

diferentes Rocas porfídicas: 2 tamaños: - Grandes: fenocristales - Pequeños: matriz o mesostasis Clasificaciones químicas - Cuando hay vidrio o los minerales son demasiado pequeños para identificarlos se puede utilizar la composición química (elementos mayores: SiO2, Al2O3, Fe2O3, FeO, MgO, CaO, K2O, Na2O, etc). - Con estos análisis se pueden formar minerales hipotéticos según reglas ===> Norma (o composición normativa), que permiten clasificar la roca. P. ej., clasificación C.I.P.W., Norma equivalente de Niggli, etc.



Clasificación T.A.S. (Total Alkali Silica) - Se utiliza para rocas volcánicas.

ANDESITABASÁL-TICA

8070605040300

4

8

12

16FONOLITA

TEFRI-FONOLITA

FONO-TEFRITA

TRAQUI-BASALTO

TRAQUITA(Q<20%)

TRAQUIDACITA(Q>20%)

TRAQUI-ANDESITA RIOLITA

DACITAANDESITA

BASALTO

TEFRITA(OL<10%)BASANITA(Ol>10%)

FOIDITA

45 52 63ULTRABÁSICO BÁSICO INTERMEDIO ÁCIDO

Na2O+K2OTRAQUIANDESITABASÁLTICA

PICROBASALTO

SiO2

Clasificación T.A.S. para rocas volcánicas Clasificación según el contenido en SiO2 Rocas ácidas > 65% SiO2 Rocas intermedias 52-65% " Rocas básicas 45-52% " Rocas ultrabásicas <45% "


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