Magmatismo (II): procesos magmáticos

Existen dos tipos fundamentales de procesos que dan lugar a rocas magmáticas: el plutonismo y el vulcanismo. La diferencia entre ambos está determinada por la velocidad a la que se produce el enfriamiento del magma, lo que tiene influencia en la textura de las rocas que se forman en cada uno de ellos.

El plutonismo es el enfriamiento lento de una masa fundida, que tiene lugar en el interior de la corteza, y que da lugar a una masa de rocas magmáticas "introducida" en una masa de rocas "encajantes" también denominadas "caja". El hecho de que los magmas se introduzcan en otras rocas preexistentes explica que también sean denominadas, en ocasiones, rocas intrusivas.

Lo más normal es que el magma penetre en las rocas encajantes por su parte inferior, mediante inyección, disolución de la roca encajante o hundimiento de la misma.  Otra posibilidad diferente es que la roca encajante sufra granitización o metasomatismo, que es la transformación de una roca preexistente en granito por aumento "in situ" de la presión y/o de la temperatura. Técnicamente, el metasomatismo se considera una etapa del metamorfismo; en la actualidad se considera que este proceso es el responsable de la formación de la mayor parte de los granitos.

Los plutones pueden clasificarse en dos grandes grupos, según la relación que guarden con los estratos encajantes que tienen a su alrededor. Los plutones concordantes son aquellos en los que las masas de magma se disponen paralelamente a las rocas encajantes. Algunos de los tipos más representativos de este grupo son los filones capa o sill, masas tubulares paralelas a los estratos, los lacolitos, que tienen forma de lenteja y el techo abombado y los lopolitos, también lenticulares pero de gran extensión y el suelo convexo.

Los plutones discordantes son masas de magma que atraviesan estratos de rocas preexistentes. Los diques son masas tubulares que se extienden en dirección secante a los estratos. En ocasiones pueden encontrarse agrupados, formando enjambres. Los batolitos son masas de grandes dimensiones, pudiendo alcanzar incluso miles de kilómetros cuadrados, lo que hace que su composición pueda ser variable de unas zonas a otras. Un stock es una masa más pequeña que un batolito. Los filones y los diques tienen interés económico, porque son la forma en que suelen encontrarse los minerales de interés en algunas minas.

El vulcanismo

Un volcán es una estructura geológica a través de la cual el magma llega hasta la superficie de la Tierra durante un proceso denominado erupción. La actividad de un volcán es variable a lo largo con el tiempo; normalmente alternan periodos de reposo con épocas de actividad, pero incluso cuando se produce, una vez que se inicia la erupción ésta puede ser continua o discontinua, o interrumpirse durante algún tiempo. El ascenso del magma se produce porque se establece una diferencia de presión o de densidad entre la masa fundida y las rocas encajantes. La forma en que tiene lugar la erupción depende de la viscosidad del magma y esta, a su vez, es consecuencia de su composición, del volumen de gases que contiene, de la temperatura a la que se encuentra y del volumen de agua.

Puesto que el magma es una masa heterogénea, en la que están presentes tanto gases y líquidos como materiales sólidos, los productos que arrojan los volcanes se encuentran también en los tres estados de la materia.

Los gases emitidos por los volcanes son los principales responsables de la explosividad de las erupciones volcánicas, porque son la fracción del magma que posee una mayor cantidad de energía. Suelen ser los primeros productos volcánicos en alcanzar la superficie, aunque en muchas ocasiones siguen emitiéndose durante toda la erupción. Su composición depende de la temperatura a la que son emitidos.

Algunos elementos volcánicos, como las fumarolas, emiten solamente gases. Se trata de pequeños orificios que pueden continuar activos después de que finalice la erupción principal. En los volcanes submarinos, los humeros negros emiten vapores cargados de minerales. Se supone que estas emanaciones han tenido un papel importante en la evolución de los primeros organismos, proporcionando energía y nutrientes.

Las lavas son magmas parcialmente desgasificados que fluyen a lo largo de las laderas del volcán. Su comportamiento depende de características como su composición, su temperatura y el volumen de gases que contiene, siendo especialmente importante la viscosidad, que puede definirse como la resistencia del material a fluir. Aumenta con la concentración de SiO₂ en el magma y disminuye con la temperatura. Los magmas ácidos producen lavas viscosas y explosivas, debido a su riqueza en gases, mientras que los magmas básicos dan lugar a lavas fluidas y poco explosivas.

Una colada de lava es el manto de lava emitido durante una erupción volcánica. Su aspecto depende de las características del magma que la ha formado.

Las lavas cordadas o pahoehoe son lavas fluidas, de solidificación lenta. Cuando emanan del volcán se enfían empezando por la capa en contacto con el exterior, por lo que se forma una costra superficial fina por debajo de la cual sigue fluyendo la lava. Esto provoca que la superficie tome un aspecto característico de cuerdas alineadas, de donde reciben su nombre. Las lavas Aa, por su parte, son viscosas, de solidificación rápida. Por ese motivo dan lugar a costras rígidas de gran espesor. Son coladas de poco recorrido, con superficies muy irregulares que reciben el nombre de malpaís. Las lavas almohadilladas, por su parte, se forma cuando la lava entra en contacto con el agua. El centro de la almohadilla se enfría más lentamente, por lo que es más cristalino que el resto. En ocasiones se forman prismas de forma hexagonal (disyunción columnar de los basaltos) que dan lugar a paisajes conocidos como "calzadas de los gigantes".

Los materiales sólidos expulsados durante la erupción de un volcán reciben el nombre de piroclastos o tefra. Estos materiales se clasifican según su tamaño en cenizas, si tienen un diámetro menor de 3 mm, lapilli, si su tamaño está comprendido entre los 3 mm y los 30 mm, y bombas volcánicas, si son mayores de 30 mm. En ocasiones estos materiales pueden compactarse y formar una roca consistente llamada toba volcánica. Las ignimbritas son mezclas de gases y sólidos incandescentes que se desplazan a gran velocidad causando graves daños. Se originan a partir de magmas ácidos.

Además de los productos volcánicos mayoritarios el vulcanismo incluye un conjunto de manifestaciones secundarias, como las erupciones freáticas, en las que el magma provoca la evaporación de aguas subterráneas generando vapor que provoca explosiones. Como resultado de las mismas se generan cráteres anchos y bajos, que suelen ser ocupados por lagos conocidos como maares. Los lahares son movimientos de barro que tienen lugar a lo largo de las laderas del volcán. Están provocadas por la presencia de grandes cantidades de agua, por ejemplo acumulada sobre la ladera en forma de nieve, que se mezcla con los depósitos que forman la propia ladera. Los lahares pueden estar producidos por el deshielo de la nieve o por tormentas inducidas por la presencia de cenizas volcánicas. Las fuentes termales son emanaciones de agua a temperatura elevada y con gran cantidad de minerales disueltos. En ocasiones aparecen también en zonas donde el gradiente térmico es elevado, sin relación con fenómenos volcánicos. Los géiseres son surtidores intermitentes y periódicos de agua y vapor que se forman en una grieta o cavidad profunda que se rellena periódicamente de agua. El contacto con un magma hace que el agua entre en ebullición, provocando la erupción a intervalos periódicos.

Tipos de erupciones volcánicas

Fundamentalmente pueden distinguirse dos grandes tipos de erupciones volcánicas: en la erupciones fisurales el magma sale al exterior a través de grietas de la corteza, de forma alargada. El magma que emiten es de naturaleza básica, con pocos gases. Las rocas producidas en estos volcanes se depositan formando capas horizontales de gran extensión. Por el contrario, en las erupciones centrales el magma sale al exterior a través de focos localizados. Su contenido en gases y, por tanto, su explosividad, son muy variables, lo que da lugar a la existencia de diferentes tipos de volcanes.

Las erupciones volcánicas se clasifican utilizando el índice de explosividad volcánica, que mide la magnitud de una erupción combinando varios factores: la altura de la columna eruptiva, el volumen de los materiales arrojados y la periodicidad de la actividad. Se usa para clasificar erupciones, y no volcanes, porque a lo largo de la vida de un volcán las características de sus erupciones pueden variar. El índice de explosividad volcánico (i.e.v.) es especialmente interesante porque permite evaluar el riesgo que cada proceso eruptivo puede comportar.

Las erupciones de tipo hawaiiano se caracterizan porque el magma presenta baja viscosidad y carece de piroclastos. Los gases se liberan lentamente y en el cráter se forma un lago de lava. Cuando esta fluye por las laderas forma coladas de gran extensión.

En las erupciones estrombolianas se emite también lava poco viscosa, pero más que la producida en las erupciones hawaiianas. En estos volcanes se producen erupciones rítmicas, pero no continuas, y se arroja una cierta cantidad de piroclastos que se intercalan entre las coladas de lava formando capas alternativas de lava y ceniza.

Las erupciones vulcanianas son moderadamente explosivas, produciendo fragmentos de lava solidificados o muy viscosos y una elevada proporción de cenizas y bombas volcánicas. Suelen estar relacionadas con magmas andesíticos y dacíticos.

En las erupciones peleanas la lava es extremadamente viscosa y se consolida con gran rapidez, llegando a tapar por completo el cráter. La salida de los gases a presión arranca el tapón, provocando la formación de una aguja rocosa vertical o la destrucción de la ladera del volcan.

Las erupciones plinianas son grandes eventos explosivos que forman columnas de cenizas y piroclastos que se extienden hasta la estratosfera, por lo que pueden tener efectos sobre el clima a escala global. Las lavas son ácidas, de tipo riolítico, y dan lugar a una gran emisión de pumitas, piroclastos de color claro, gases tóxicos y aerosoles. Los productos gaseosos, o que se mantienen en suspensión en la atmósfera, forman nubes ardientes en forma de hongo que pueden ocasionar lluvias de cenizas tóxicas. Una explosión de este tipo sepultó Pompeya y Herculano, causando la muerte del historiador romano Plinio el Viejo. Dicho acontecimiento fue registrado y descrito por su sobrino, Plinio el Joven.

Las erupciones ultraplinianas tienen atribuido un índice de explosividad volcánica de 7. La columna de gases y el volumen de material inyectado en la estratosfera es incluso mayor que en las erupciones plinianas. La explosión del volcán, debida a la viscosidad de la lava y a la acumulación de gases suele provocar la formación de calderas. Por último, las erupciones krakatoanas son las que presentan mayor índice de explosividad, el valor máximo de 8. Se caracterizan porque la lava es muy viscosa y es emitida a una temperatura bastante baja, por lo que va cerrando la abertura del cráter al enfriarse. Como resultado se van acumulando gases que originan una gran explosión, con la voladura de una parte del cráter. En muchas ocasiones se forma un pitón volcánico.

Edificios y estructuras volcánicas

Las erupciones volcánicas, al emitir materiales a la superficie de la Tierra, actúan como elementos constructores de relieve. Las formas de relieve de mayor tamaño que se producen como resultados de las erupciones volcánicas reciben el nombre de edificios volcánicos.

Los edificios volcánicos mejor conocidos son los estratovolcanes. Son montañas de aspecto aproximadamente cónico formados por capas alternantes de lavas y cenizas, de donde reciben su nombre, que pueden alcanzar varios miles de metros de altura.  Su configuración es el resultado tanto de los procesos de depósito de materiales como de la erosión.

Los escudos volcánicos son estructuras convexas aplanadas y anchas, que van creciendo por acumulación de lavas muy fluidas. Pueden llegar a alcanzar enormes dimensiones, como ocurre en el caso de los volcanes hawaianos, que se elevan unos 9.000 metros desde el fondo del océano.

Los conos de piroclastos son acumulaciones de escoria y ceniza, con poca cantidad de lava. No alcanzan grandes alturas, y pueden aparecer en el entorno de otros volcanes mayores. Los materiales que emiten suelen salir a través de las grietas, porque  las paredes del cono son muy débiles.

Los domos volcánicos son montículos de forma aproximadamente cónica, formados por lava muy viscosa, que pueden crecer en el interior de otros edificios volcánicos. Pueden ir aumentando de tamaño lenta y progresivamente, o sufrir erupciones explosivas. Si colapsan cuando aún contienen roca fundida en su interior pueden dar lugar a flujos piroclásticos.

Las calderas volcánicas son grandes depresiones formadas como resultado de la destrucción de un edificio volcánico. Pueden alcanzar grandes dimensiones y contener varios conos más pequeños en su interior. Su formación puede deberse a diferentes procesos: hundimiento, erosión, explosión o derramamiento de lava.

Además de los volcanes propiamente dichos existen también otras formas de relieve producidas por este tipo de fenómenos:

• Las mesetas basálticas son grandes capas horizontales de este tipo de rocas formadas a partir de erupciones fisurales. El ejemplo más destacado de este tipo de relieve es el propio fondo oceánico. 
• Los pitones volcánicos son salientes de lava solidificada situados sobre un cráter o domo volcánico.
• Las chimeneas exhumadas son antiguas chimeneas en cuyo interior se solidificó la lava. Posteriormente, el edificio volcánico se erosionó por completo, quedando solo al descubierto el relleno de lava del antiguo conducto.
• Los maares son lagos que ocupan cráteres volcánicos, y que han sido formados por erupciones freáticas.

Magmatismo y tectónica de placas 

La distribución de los fenómenos magmáticos está íntimamente relacionada con los procesos tectónicos: por una parte, todos los volcanes activos en la actualidad se encuentran localizados en dos tipos de áreas, bien en las zonas de expansión (dorsales oceánicas y rifts continentales), bien en las zonas de subducción. Las excepciones, por último, se localizan en los puntos calientes. Por otra parte, toda la producción de magma que tiene lugar en nuestro planeta sucede en las zonas tectónicamente activas. La mayor cantidad de magma se produce en las dorsales oceánicas, por encima de las zonas de subducción.

Los tipos de magmas y los fenómenos magmáticos son, además, diferentes en función de los procesos tectónicos que los producen.

En los bordes constructivos se forman magmas toleíticos, debidos a la fusión parcial de peridotitas. Sin embargo, existen diferencias entre los magmas que se forman en las dorsales oceánicas y los que se generan en las zonas de rift continental, relacionadas con el grado de fusión de las rocas originarias: en las dorsales la fusión afecta hasta al 30% de las peridotitas, lo que da lugar a la producción de magmas básicos a partir de los cuales se forman gabros y basaltos, mientras que en los rifts continentales la fusión solo llega a afectar a un porcetaje menor de las rocas, entre un 5% y un 15%, lo que provoca la formación de basaltos alcalinos.

En estas zonas la emisión de magmas se produce a través de fisuras que cambian de situación de modo bastante aleatorio. También se forman fluidos ricos en minerales, que dan lugar a yacimientos de interés económico. El vulcanismo es poco explosivo y espaciado en el tiempo.

El magmatismo que se produce en los bordes destructivos es mucho más complejo. En estas zonas se aprecia un gradiente de composición magmática, dependiente de la profundidad a la que se produce la fusión. Los más profundos son los magmas potásicos, mientras que los calcoalcalinos se forman a una profundidad intermedia y dan lugar a los arcos insulares. La presencia de este tipo de magmas determina la llamada "línea de la andesita", que corresponde al límite de la subducción. Este proceso geológico se descubrió antes del establecimiento de la tectónica de placas. Los magmas más superficiales son de naturaleza toleítica, pero se trata de materiales que aparecen tardíamente, y que no siempre están presentes.

En estas regiones el ascenso del magma es un proceso lento, que se extiende a lo largo de decenas de miles de años, lo que permite una compleja diferenciación magmática. El resultado es la formación de una gran variedad de rocas, desde las más básicas a las más ácidas.

En las zonas de intraplaca, la actividad magmática se produce especialmente en las cuencas oceánicas, dando lugar a formas de relieve como mesetas oceánicas, dorsales asísmicas, montes submarinos, guyots o islas oceánicas. En las zonas continentales los puntos calientes pueden dar lugar a procesos volcánicos de tipo caldera y, si no tienen la suficiente intensidad, a la formación de rocas graníticas en plutones. Tanto los fenómenos oceánicos como los continentales pueden explicarse como resultado de un punto caliente o de una gran fractura litosférica.

Yacimientos magmáticos

Los procesos magmáticos pueden dar lugar a yacimientos de considerable interés económico. Existen diferentes tipos de yacimientos minerales, dependiendo de la fase de diferenciación magmática en la que se hayan originado:

• Los yacimientos de segregación se forman durante la fase ortomagmática por separación de minerales de la fase fluida en el interior de la cámara magmática. Incluyen yacimientos de hierro, cromo, titanio, níquel o platinoides.
• Los yacimientos pneumatolíticos se forman mediante impregnación de la roca encajante por fluidos a presión que escapan del magma. Pueden contener minerales de niobio, tántalo, berilio o diamantes.
• Los yacimientos hidrotermales se producen por sublimación en el interior de cavidades o grietas. En ellos es posible encontrar minerales de cobre, plomo y cinc, plata, mercurio, estaño y wolframio o molibdeno.