LOS PROCESOS INTERNOS O ENDÓGENOS.
MAGMATISMO I

 

Se consideran procesos internos aquellos causados por el calor del interior de la Tierra, ya sea directamente o a través del movimiento y de las interacciones de las placas litosféricas.

Según la forma en que se ven afectadas las rocas, pueden ser de tres tipos:

Magmatismo: consiste en la fusión de las rocas produciendo un magma, que contiene gases disueltos. Da lugar a las rocas magmáticas o ígneas

Metamorfismo: es el proceso que origina cambios en las rocas que son sometidas a elevadas presiones y temperaturas, sin llegar a fundirse. Da lugar a las rocas metamórficas

Esfuerzos tectónicos: las rocas sometidas a esfuerzos de compresión o distensión experimentan deformaciones como el plegamiento o la fractura

 

Además de afectar a las rocas, estos procesos producen en la superficie fenómenos que se desarrollan rápidamente, como el vulcanismo y la sismicidad y otros más lentos, como la formación de cordilleras.

El magmatismo, el metamorfismo y los esfuerzos tectónicos están estrechamente ligados a la dinámica de los penachos térmicos, que ascienden desde la superficie del núcleo hasta la base de la litosfera, y a las interacciones que tienen lugar en los bordes de las placas litosféricas. Las zonas de subducción, las dorsales oceánicas y las fallas transformantes son zonas donde se producen una intensa actividad magmática, tectónica, y un intenso metamorfismo.

 

 

DEFINICION Y FORMACIÓN DE MAGMAS. MAGMATISMO

Un magma son grandes masas de minerales fundidos, principalmente silicatos, con gases disueltos en la masa líquida.

 

ver vídeo magma

 

El líquido contiene aproximadamente entre un 35 y un 70% de sílice (SiO2) y entre los gases disueltos, los más abundantes son el agua y el CO2. También óxidos de azufre y nitrógeno, y otros en menor proporción, como el argón.

El magma se origina generalmente en forma de gotas dispersas en el seno de la roca sólida (inicialmente, solo un 1-5% del volumen de la roca se encuentra fundido). Cuando la proporción de líquido llega al 10%, esas gotas se unen formando otras aún mayores que tienden a ascender y a acumularse. Esto puede originar un gran volumen de magma que compone una cámara magmática. La roca que engloba a la cámara magmática recibe el nombre de roca encajante.

En el interior del magma puede haber una fracción sólida, compuesta por:

- Fragmentos desprendidos de la roca encajante
- Restos sin fundir de la roca a partir de la que se formó el magma
- Cristales que han comenzado a formarse en el interior del líquido

Dependiendo de como varíen las condiciones de presión y temperatura del magma, esta fracción sólida puede mantenerse estable, o bien puede hacerse más abundante, aumentando así la viscosidad del magma, o fundirse y disolverse en el magma, haciéndolo más fluido.

 

FACTORES QUE DETERMINAN LA EXISTENCIA DE MAGMAS.

El estudio de la estructura de la Tierra mediante el método sísmico no indica nada acerca de una capa fundida en las cercanías de la corteza terrestre (ver estructura de la Tierra). Sin embargo, los materiales que expulsan los volcanes aparecen en estado fundido y gaseoso.

Un magma es una masa de rocas fundidas de composición silicatada con cantidades variables de agua y diversos gases disueltos en su interior por efecto de las grandes presiones. En esta masa fundida coexisten una cierta cantidad de minerales en estado sólido.

Sabemos que el gradiente geotérmico, es decir que la temperatura aumenta a medida que se profundiza (3,3°C/100 m) pero también sabemos que a medida que descendemos también aumenta la presión con lo que la temperatura de fusión es mayor, es decir que se necesita mayor temperatura para poder fundir los materiales.

En suma, no podemos atribuir sólo al gradiente geotérmico la formación y origen de los magmas.

La temperatura

Existen distintas explicaciones que pueden explicar un aumento de la temperatura de las rocas

1.- En las zonas de subducción se genera calor por fricción al deslizarse unas rocas sobre otras.

2.- Las rocas pueden calentarse en las zonas de subducción al descender a una zona de mayor temperatura.

3.- Otra posibilidad es que el material caliente y profundo ascienda y funda las rocas próximas a la superficie del tipo del vulcanismo de punto caliente (Islas Hawaii)

Aunque todos estos procesos generan una parte de los magmas, la mayor parte de los magmas se generan sin la adición de calor.

La presión

La presión es la responsable de que el planeta no sea una bola de fuego. La presión modifica el punto de fusión y ebullición y aumenta con la profundidad. De este modo, la fusión que se acompaña de un aumento de volumen, se produce a temperaturas más altas en profundidad debido a la presión de confinamiento.

Así, la reducción de la presión de confinamiento, reduce la temperatura de fusión de las rocas y viceversa.

Si analizamos la estabilidad de una roca para estas dos primeras variables (presión y temperatura) y representamos la línea que marca el cambio de fases, podemos comprobar que se puede producir la fusión de una roca por aumento de la temperatura (1) o disminución de la presión (2).

Esto es lo que ocurre cuando una roca asciende como consecuencia de una corriente convectiva ascendente desplazándose a zonas de menor presión. Un descenso brusco de la presión hace que las rocas sólidas pasen a transformarse en un magma (rocas parcialmente fundidas). Este es el principal proceso generador de los magmas que se forman en las dorsales oceánicas.

 

El agua

El contenido en agua también afecta a la temperatura de fusión de las rocas. El agua y otras sustancias volátiles actúan igual que la sal para fundir el hielo. Las sustancias volátiles hacen que la roca se funda a temperaturas inferiores. Esto se debe a que entornos de gran presión y temperatura, las moléculas de agua están ionizadas en forma de OH- y H+. Estos iones interfieren en los enlaces químicos de los minerales, facilitando la ruptura de la estrcutura cristalina y por tanto, su fusión.

Además, este efecto se incrementa con el aumento de la presión.

Así, una roca "húmeda" sometida a altas presiones, tendrá una menor temperatura de fusión (punto de fusión) que una roca seca.

Los cambios en composición, en concreto la entrada de agua y volátiles en la roca, pueden producir la fusión puesto que la línea de fusión se desplaza a temperaturas inferiores. En esta situación también se puede producir la fusión por un aumento en la presión.

 

 

Se producirán magmas en aquellos sitios donde se produzcan altas temperaturas y/o un descenso brusco de la presión y/o alto contenido de gases.

 

 

Si recordamos la Teoría de la Tectónica de Placas, sabemos que existen dos zonas en la tierra muy características:

1) Las DORSALES OCEANICAS O LÍMITES CONSTRUCTIVOS (ZONAS DE DESCOMPRESION de la corteza terrestre)

Son regiones que se encuentran sometidas a grandes presiones y elevadas temperaturas y ello se traduce en un afloramiento de magma a través de la dorsal, concretamente del rift. Las rocas bajo la dorsal se encuentran en estado sólido muy cerca de su punto de fusión. Al encontrar una abertura al exterior y al ascender rápidamente debido a las corrientes de convección de la astenosfera-manto, la presión disminuye de forma brusca y pasan a estado fundido-líquido, constituyendo un magma (a 4-6 kms de profundidad bajo el fondo oceánico)

Corte transversal de una dorsal oceánica

ver animación

 

2) ZONAS DE SUBDUCCION o LÍMITES DESTRUCTIVOS
(ZONAS DE COMPRESION de la corteza terrestre).

En las zonas donde se produce el choque entre dos placas que puede llegar a producir la formación de arcos de islas e incluyo de grandes orógenos (cordilleras).

Sabemos que la placa oceánica subduce bajo la placa continental según un plano medio de 45° denominado plano de Benioff a lo largo del cual se producen enormes presiones resultado de la fricción y rozamiento (que no presión) que se traducen en calor que eleva la temperatura (trabajo-energía, con un alto coeficiente de rozamiento que se degrada en forma de calor) de los materiales que están en contacto friccionando entre ellos.

Si a esto le añadimos el papel del agua que es expulsado de la placa que subduce, todo ello da lugar a magmas en estas zonas.

Generalmente un magma tiene un peso especifico menor como una roca sólida, por eso un magma puede subir hacia arriba apoyado por la alta presión y por los gases disueltos en el magma y como factor muy importante por un régimen tectónico de expansión. Sí el magma sube hacia la superficie se va a formar un volcán. Pero algunas veces no alcanza la superficie por falta de presión, entonces se van a formar diques, stocks, lacolitos o batolitos, que darán lugar a las rocas magmáticas intrusivas (ej: granito).

ver animación

Una vez que se forma suficiente roca fundida ascenderá hacia la superficie. En un ambiente continental, el cuerpo magmático puede estancarse debajo de las rocas de la corteza. Esto provoca la generación de magmas secundarios ricos en sílice. La solidificación de un magma originará rocas magmáticas.

3) PUNTOS CALIENTES (HOT SPOTS)

Se produce por ascenso de penachos térmicos desde la capa D". Asciende material muy caliente (sólido) que al llegar a la litosfera origina islas volcánicas (Hawaii, Canarias...)

Punto caliente en medio de la Placa Pacífica que ha dado lugar
a las islas Hawaii

 

 

PROPIEDADES FISICAS DE LOS MAGMAS

La viscosidad de un magma es el grado de cohesión mutua existente entre los componentes de un magma y se aprecia y mide en función de la movilidad del mismo. La viscosidad de un magma está directamente relacionada con el número de enlaces
Si-O. Esta propiedad nos va a permitir reconocer otra serie de propiedades relacionadas con ésta.

 

Magmas viscosos	Magmas poco viscosos
Baja movilidad Alto contenido en sílice Ácidos Pocos cationes en líquido Baja temperatura Bajo contenido en gases	Alta movilidad Bajo contenido sílice Básicos Muchos cationes liquido Alta temperatura Alto contenido en gases

 

 

TIPOS DE MAGMAS (MAGMAS PRIMARIOS Y SECUNDARIOS)

 

MAGMAS PRIMARIOS

De acuerdo al contenido en alcalis (Na y K) y de sílice los magmas primarios se clasifican en tres grandes grupos:

Magmas Toleíticos

Es típico de las zonas de descompresión de la corteza (dorsales oceánicas) donde una disminución de la presión se traduce en la aparición de un magma basáltico. Representan principalmente lavas basálticas en centros de expansión oceánicos o dorsales o en arcos insulares jovenes.

Estos magmas poseen un contenido promedio de sílice del orden de 53%.
Poseen temperaturas que oscilan entre los 1.200 y 1.500°C

Magmas Calcoalcalinos

Se producen en las zonas de subducción
En el caso de arcos de islas volcánicas dominan las rocas volcánicas con una composición de SiO2 del orden del 59%.

En el caso de arcos volcánicos continentales, las rocas tienden a una composición más silicea (son más viscosos). En las ocasiones en estos magmas alcanzan la superficie, dan lugar a erupciones volcánicas piroclásticas explosivas (monte Santa Helena, USA).

 

Magmas Alcalinos

Suelen aparecer en ambientes de rift continental y vulcanismo intraplaca (hot spots). Son escasos en las zonas de subducción.

Poseen bajo contenido en SiO2 y alto contenido en Na y K.

Tipos de magmas primarios y su localización

 

 

MAGMAS SECUNDARIOS

Una vez formados, estos magmas tienden a ascender, como consecuencia de su densidad, menor que la de las rocas que las rodean. La ascensión puede ser más o menos lenta. El ascenso puede implicar:

- la llegada del magma hasta la superficie, dando origen a los fenómenos volcánicos y a las rocas volcánicas,

- llegar cerca de la superficie, originando las rocas subvolcánicas (filonianas),

- que el magma quede emplazado en niveles relativamente profundos de la corteza, dando origen a las rocas plutónicas.

Tipos de emplazamientos magmáticos y tipos de rocas magmáticas a las que dan lugar. En la imagen se representa la variedad de procesos magmáticos: la fusión parcial de la corteza (llamada anatexia), el ascenso de los magmas (en verde, de origen mantélico; en rojo, de origen cortical), y su consolidación como rocas plutónicas (plutones), subvolcánicas (diferenciando las morfologías de lopolitos, lacolitos, sills y diques). También se representa esquemáticamente la actividad volcánica, que genera lavas, piroclastos, y rocas con una cierta componente sedimentaria (epiclastitas).

 

Estos factores implican diferencias en la velocidad a que se produce el enfriamiento del magma:

- En los procesos volcánicos esta velocidad es máxima (debido al contraste entre la temperatura del magma y la del ambiente atmosférico), lo que produce las texturas típicas de estas rocas, porfídicas y parcialmente vítreas.

- En las rocas subvolcánicas o filonianas el enfriamiento es algo más lento, lo que hace que no suelan contener vidrio, aunque sí desarrollan texturas porfídicas, y/o de grano fino.

- En las rocas plutónicas el enfriamiento es lento (el contraste con la temperatura de las rocas en las que encajan es aún menor), lo que favorece la formación de cristales regulares y de grano medio o grueso (textura granuda u holocristalina).

Textura de las diferentes rocas ígneas

Hay que señalar además que durante el ascenso, pueden producirse una serie de procesos que cambian la composición del magma, y que se conocen con el nombre genérico de diferenciación magmática.

 

Tipos de magmas secundarios

Los magmas secundarios pueden clasificarse en los siguientes grupos: cada uno de los cuales da lugar a una clase específica de rocas ígneas

Magma ácido (o félsico): es viscoso, con alto contenido de sílice y suele experimentar temperaturas inferiores a los 800º. El granito y la riolita son ejemplos característicos de rocas ígneas procedentes de magmas ácidos. Estas rocas suelen ser claras y con una densidad media-baja.

Granito

Magma intermedio (o andesítico): presenta características de los dos tipos anteriores de magma. La andesita es una roca procedente del magma intermedio. Las rocas de este tipo de magma presentan diversas tonalidades y son de densidad media y media-alta.

Andesita

Magma básico: es fluido, contiene poco sílice y suele encontrarse a temperaturas muy altas (900 a 1.200º). El basalto y el gabro son rocas procedentes de este tipo de magmas. Las rocas magmáticas básicas son, en general, muy densas y duras, de color oscuro.

Basalto

Magma ultrabásico (o ultramáfico): es muy fluido, apenas contiene sílice y presenta grandes concentraciones de hierro (Fe) y magnesio (Mg). Es el que precisa temperaturas más altas, incluso por encima de los 1.700º.
Da lugar a rocas ultrabásicas o ultramáficas. Ejemplo: Peridotitas

Peridotita

Acidez y basicidad desde el punto de vista petrológico es un concepto no relacionado con el pH y que implica el mayor o menor contenido de sílice en el magma respectivamente. Así, los magmas basálticos contienen menos del 52% de sílice (SiO2), los intermedios entre 52 y 66% y los ácidos más del 66% de sílice (SiO2).