Un magma es una mezcla compleja de material rocoso total o parcialmente fundido. Además de la fase líquida, que es la característica, contienen gases y minerales sólidos dispersos. Los minerales más abundantes en su composición son los silicatos.
Los factores físicos que condicionan la fusión de un magma son la presión y la temperatura. El aumento de presión dificulta la fusión, mientras que el aumento de temperatura la facilita. Tanto una como la otra aumentan con la profundidad; la presión se debe, fundamentalmente, al peso de los materiales del magma tienen sobre ellos, y se incrementa a un ritmo aproximado de 0,3 atmósferas por cada kilómetro, mientras que la temperatura se incrementa de acuerdo al gradiente geotérmico, es decir, unos tres grados centígrados por kilómetro. Esto hace que en las zonas profundas de la corteza la temperatura tome valores entre los 500ºC y los 700ºC, mientras que a unos cien kilómetros de profundidad puede llegar hasta los 1500ºC.
Teniendo en cuenta esos valores y su variación con la profundidad, se llega a la conclusión de que las condiciones de la corteza profunda o del manto no son adecuadas para la formación de magmas. El factor que hace posible la fusión de las masas rocosas es la presencia de agua, aunque sea en pequeña cantidad, que rebaja en gran medida el punto de fusión de los silicatos. A pesar de este factor facilitador, los magmas son un fenómeno bastante extraño en condiciones normales.
Los magmas son un estado esencialmente inestable de las rocas. Desde el mismo momento en que se forman empiezan a enfriarse, dando lugar a la formación de nuevos minerales, lo que va alterando su composición. El cambio en la composición de un magma debido a procesos de enfriamiento, mezcla, combinación, etc., recibe el nombre de diferenciación magmática.
Uno de los factores más importantes de la diferenciación, y que más influye en el resultado final, es la velocidad con la que se produce el enfriamiento. Si ocurre lentamente, los componentes del magma se solidifican dando lugar a cristales de tamaño considerable; los primeros en formarse son los de los minerales de mayor punto de fusión, y como se encuentran inmersos en una masa líquida pueden crecer sin ningún tipo de restricción. Por el contrario, si el enfriamiento ocurre rápidamente los minerales no llegan a cristalizar, sino que solidifican en estado vítreo. Los componentes gaseosos escapan de la mezcla sin llegar a enfriarse y no participan en la cristalización. Entre las rocas vítreas y con vesículas resultado de la desgasificación y las que están formadas por cristales bien formados y de gran tamaño cabe toda una gama de situaciones intermedias, que dependen del ritmo de enfriamiento y de los posibles cambios que experimente.
La estabilidad de los minerales cambia cuando las condiciones ambientales que soportan son diferentes de las condiciones que se daban en el momento en el que se formaron. Las dos condiciones más significativas son la presión y la temperatura, de modo que cuando se alteran una de las dos, o las dos, los minerales que se habían formado en un ambiente físico diferente pueden sufrir cambios en su composición y/o en su estructura. El cambio sufrido por un mineral al dejar de ser estable y que da lugar a la formación de minerales nuevos por disolución o por cambio de composición se denomina reacción. A lo largo de los procesos de diferenciación magmática se produce un conjunto de cambios que, considerados globalmente, reciben el nombre de series de reacción.
En algunos casos las reacciones dentro del magma se producen sin que el mineral se destruya. La red cristalina permanece, pero algunos de los iones que se habían incluido en ella son sustituidos por otros. Un ejemplo de esto es lo que ocurre entre los feldespatos y las plagioclasas: los iones de calcio que se depositan inicialmente son reemplazados progresivamente en los cristales por átomos de sodio, debido a lo cual las rocas pueden tener una proporción variable de calcio y de sodio dependiendo de la temperatura a la que se formaron. Este proceso constituye una serie de reacción continua. El caso contrario se produce cuando un mineral, formado en unas condiciones de presión y temperatura determinadas, deja de ser estable cuando cambian esas condiciones y reacciona con el magma fundido. El mineral original desaparece, y es sustituido por otro diferente, estable en las nuevas condiciones. El ejemplo más típico de esta clase de procesos, denominada serie de reacción discontinua, es la formación del olivino; cuando el magma se enfría, el olivino se descompone, y en su lugar se forman piroxenos. Más adelante, si el magma sigue enfriándose, los piroxenos también dejan de ser estables y son reemplazados por anfíboles.
El geólogo norteamericano N. L. Bowen estudió los procesos de enfriamiento del magma y determinó el orden teórico de formación de los minerales de un magma de composición media, conforme disminuye su temperatura. Propuso que dichos minerales se forman mediante dos conjuntos de reacciones: una serie de reacción discontinua y otra continua, procesos que a bajas temperaturas, a medida que quedan pocos minerales fundidos, convergen en una serie única. Ese conjunto de procesos se denomina, en su honor, series de Bowen.
El esquema de Bowen proporciona gran cantidad de información acerca de los minerales que se forman durante los procesos de diferenciación de un magma. Los primeros que solidifican son los de naturaleza más máfica, mientras que los minerales félsicos se forman a baja temperatura. También la estructura de los minerales guarda relación con la temperatura a la que se forman: a temperaturas altas, los silicatos comparten un número bajo de oxígenos entre los tetraedros que los forman (nesosilicatos), mientras que conforme aumenta la temperatura se incrementa el número de oxígenos compartidos, y se van formando progresivamente inosilicatos, filosilicatos y, finalmente, tectosilicatos.
Otra información que puede obtenerse del diagrama de Bowen es la composición mineralógica posible de las rocas magmáticas: para que una roca pueda existir sus componentes denben ser estables en condiciones ambientales parecidas. Por ejemplo, los gabros son rocas formadas por minerales que solidifican a temperaturas elevadas (y por tanto de carácter máfico). En su composición mineralógica intervienen el olivino, los piroxenos y las plagioclasas cálcicas. Los granitos, por el contrario, son rocas formadas por minerales que solidifican a temperaturas bajas. En su composición intervienen el cuarzo, la biotita, los feldespatos potásicos y la biotita.
En realidad, las series de Bowen solo describen la primera fase de la consolidación magmática, es decir, del proceso que conduce a la formación de rocas magmáticas a partir de un magma. Esta primera etapa, llamada fase ortomagmática, se extiende hasta que el magma se encuentra a unos 500º C. Durante ese periodo se forman la mayoría de los minerales magmáticos más importantes, pero aún quedan materiales en estado fundido, incluyendo una importante proporción de sustancias volátiles. Hasta los 400º C transcurre la fase denominada pegmatítico-pneumatolítica, durante la que se forman micas, feldespatos y cuarzo que dan lugar a un tipo de rocas características: las pegmatitas. Finalmente, entre los 400º C y los 100º C queda una solución muy rica en agua, mezclada con una proporción menor de vapores, que escapa a través de las grietas que rodean al magma. Se produce entonces la fase hidrotermal, durante la cual se forman minerales como la pirita, el cinabrio, el oro o la plata. A veces el líquido llega hasta la superficie formando géiseres o fumarolas.
Los procesos físico-químicos que ocurren durante la diferenciación y que dan lugar a la formación de los minerales magmáticos son los siguientes:
Teniendo en cuenta su composición original, existen tres tipos de magmas que dan lugar a diferentes tipos de rocas magmáticas. La característica fundamental a la hora de diferenciar unos de otros es su contenido en sílice (SiO2):
Las rocas magmáticas representan aproximadamente el 80% del total de los materiales de la corteza, ya que hay que recordar que toda la corteza oceánica tiene este origen. Para poder clasificarlas se utilizan, fundamentalmente dos tipos de criterios: texturales y composicionales.
La textura de una roca magmática es el conjunto de características de dicha roca que guarda relación con su grado de cristalización y con el tamaño, forma y disposición de los cristales en la roca:
Los criterios composicionales se refieren, fundamentalmente, a dos características: la composición química clasifica las rocas según su contenido en sílice (SiO2), mientras que la composición mineralógica se basa en el contenido de las rocas en unos pocos minerales, que son los mayoritarios en todas las rocas magmáticas: cuarzo, feldespatos y plagioclasas.
La composición química de las rocas distingue entre rocas ácidas, intermedias, básicas y ultrabásicas según su contenido en sílice. En realidad, los nombres que se utilizan en esta clasificación resultan de una confusión antigua, pero se han mantenido por tradición.
En cuanto a composición mineralógica, las rocas magmáticas tienen, como máximo, tres minerales mayoritarios. Este hecho sirvió a Streckeisen para establecer una clasificación que se describe mediante diagramas triangulares que llevan su nombre. Los minerales mayoritarios que componen una roca magmática son, feldespatos potásicos o alcalinos, plagioclasas y cuarzo o feldespatoides, pero cuando aparece el cuarzo en una roca nunca se presentan en ella los feldespatoides. Esto permite representar los distintos tipos de rocas mediante un doble diagrama triangular: en uno de los triángulos aparecen las rocas con cuarzo y en el otro las que tienen feldespatoides.
Diferenciación magmática y rocas magmáticas
Los procesos de diferenciación magmática pueden dar lugar, en función de su intensidad, a diferentes tipos de rocas plutónicas o volcánicas.
Los magmas son un estado esencialmente inestable de las rocas. Desde el mismo momento en que se forman empiezan a enfriarse, dando lugar a la formación de nuevos minerales, lo que va alterando su composición. El cambio en la composición de un magma debido a procesos de enfriamiento, mezcla, combinación, etc., recibe el nombre de diferenciación magmática.
Uno de los factores más importantes de la diferenciación, y que más influye en el resultado final, es la velocidad con la que se produce el enfriamiento. Si ocurre lentamente, los componentes del magma se solidifican dando lugar a cristales de tamaño considerable; los primeros en formarse son los de los minerales de mayor punto de fusión, y como se encuentran inmersos en una masa líquida pueden crecer sin ningún tipo de restricción. Por el contrario, si el enfriamiento ocurre rápidamente los minerales no llegan a cristalizar, sino que solidifican en estado vítreo. Los componentes gaseosos escapan de la mezcla sin llegar a enfriarse y no participan en la cristalización. Entre las rocas vítreas y con vesículas resultado de la desgasificación y las que están formadas por cristales bien formados y de gran tamaño cabe toda una gama de situaciones intermedias, que dependen del ritmo de enfriamiento y de los posibles cambios que experimente.
La estabilidad de los minerales cambia cuando las condiciones ambientales que soportan son diferentes de las condiciones que se daban en el momento en el que se formaron. Las dos condiciones más significativas son la presión y la temperatura, de modo que cuando se alteran una de las dos, o las dos, los minerales que se habían formado en un ambiente físico diferente pueden sufrir cambios en su composición y/o en su estructura. El cambio sufrido por un mineral al dejar de ser estable y que da lugar a la formación de minerales nuevos por disolución o por cambio de composición se denomina reacción. A lo largo de los procesos de diferenciación magmática se produce un conjunto de cambios que, considerados globalmente, reciben el nombre de series de reacción.
En algunos casos las reacciones dentro del magma se producen sin que el mineral se destruya. La red cristalina permanece, pero algunos de los iones que se habían incluido en ella son sustituidos por otros. Un ejemplo de esto es lo que ocurre entre los feldespatos y las plagioclasas: los iones de calcio que se depositan inicialmente son reemplazados progresivamente en los cristales por átomos de sodio, debido a lo cual las rocas pueden tener una proporción variable de calcio y de sodio dependiendo de la temperatura a la que se formaron. Este proceso constituye una serie de reacción continua. El caso contrario se produce cuando un mineral, formado en unas condiciones de presión y temperatura determinadas, deja de ser estable cuando cambian esas condiciones y reacciona con el magma fundido. El mineral original desaparece, y es sustituido por otro diferente, estable en las nuevas condiciones. El ejemplo más típico de esta clase de procesos, denominada serie de reacción discontinua, es la formación del olivino; cuando el magma se enfría, el olivino se descompone, y en su lugar se forman piroxenos. Más adelante, si el magma sigue enfriándose, los piroxenos también dejan de ser estables y son reemplazados por anfíboles.
En realidad, las series de Bowen solo describen la primera fase de la consolidación magmática, es decir, del proceso que conduce a la formación de rocas magmáticas a partir de un magma. Esta primera etapa, llamada fase ortomagmática, se extiende hasta que el magma se encuentra a unos 500º C. Durante ese periodo se forman la mayoría de los minerales magmáticos más importantes, pero aún quedan materiales en estado fundido, incluyendo una importante proporción de sustancias volátiles. Hasta los 400º C transcurre la fase denominada pegmatítico-pneumatolítica, durante la que se forman micas, feldespatos y cuarzo que dan lugar a un tipo de rocas características: las pegmatitas. Finalmente, entre los 400º C y los 100º C queda una solución muy rica en agua, mezclada con una proporción menor de vapores, que escapa a través de las grietas que rodean al magma. Se produce entonces la fase hidrotermal, durante la cual se forman minerales como la pirita, el cinabrio, el oro o la plata. A veces el líquido llega hasta la superficie formando géiseres o fumarolas.
Los procesos físico-químicos que ocurren durante la diferenciación y que dan lugar a la formación de los minerales magmáticos son los siguientes:
- Cristalización fraccionada: conforme el magma se va enfriando, puede ocurrir que algunos minerales cristalicen y se separen del mismo. Se forman entonces dos fases distintas, que darán lugar a minerales completamente diferentes: la fase sólida está formada por los cristales que se han separado del magma y la líquida por el magma residual, que contiene minerales disueltos pero en proporciones diferentes a las del magma original.
Asimilación y contaminación magmática: El ascenso del magma hace que, a lo largo de su recorrido, se encuentre con rocas diferentes con las que puede reaccionar, incorporando una parte de sus elementos a su propia composición. Este cambio en la composición del magma se produce mediante tres procesos fundamentales: por fusión de la roca que rodea al magma, con lo que sus minerales se incorporan a él, por transformación de la roca encajante, pero sin llegar a fundirla y por inclusión de fragmentos de la roca encajante, que pueden reconocerse como elementos distintos dentro de la roca magmática resultante (xenolitos).
Teniendo en cuenta su composición original, existen tres tipos de magmas que dan lugar a diferentes tipos de rocas magmáticas. La característica fundamental a la hora de diferenciar unos de otros es su contenido en sílice (SiO2):
- Magmas toleíticos: Se forman en las dorsales oceánicas, cuando las rocas procedentes del manto (peridotitas) se funden a escasa profundidad. Su porcentaje de sílice está en torno al 50% y son magmas poco diferenciados, es decir, la composición final de las rocas que originan es bastante similar a la composición del magma original. Dan lugar fundamentalmente a basaltos y gabros.
- Magmas alcalinos: Son ricos en sodio y potasio, y su contenido en sílice se sitúa en torno al 45%. Proceden fundamentalmente de la fusión parcial de peridotitas en zonas de rift continental y de vulcanismo intraplaca. En ellos se produce ya una cierta diferenciación magmática. Dan lugar a basaltos, traquitas, riolitas y sus rocas volcánicas equivalentes.
- Magmas calcoalcalinos: Son magmas muy diferenciados, que se forman debido a la fusión a gran profundidad de la corteza oceánica subducida. Dan lugar a riolitas, andesitas, dioritas y granitos.
Las rocas magmáticas representan aproximadamente el 80% del total de los materiales de la corteza, ya que hay que recordar que toda la corteza oceánica tiene este origen. Para poder clasificarlas se utilizan, fundamentalmente dos tipos de criterios: texturales y composicionales.
La textura de una roca magmática es el conjunto de características de dicha roca que guarda relación con su grado de cristalización y con el tamaño, forma y disposición de los cristales en la roca:
- El tamaño de los cristales depende fundamentalmente de la velocidad de enfriamiento; un enfriamiento lento permite la formación de cristales de gran tamaño, mientras que un enfriamiento rápido solo hace posible la formación de cristales de pequeño tamaño o incluso de rocas vítreas.
- Distribución de tamaños: los magmas no solidifican a una temperatura precisa, por lo que las condiciones de cristalización varían de unos minerales a otros. Esto hace que en una misma roca puedan observarse, en ocasiones, cristales de gran tamaño, formados en un enfriamiento lento y otros de pequeño tamaño, resultado de un enfriamiento más rápido ocurrido posteriormente.
- El grado de cristalinidad, es decir, el porcentaje de minerales de la roca que se encuentran en estado cristalino, también depende de las condiciones en las que se ha producido el enfriamiento.
Los criterios composicionales se refieren, fundamentalmente, a dos características: la composición química clasifica las rocas según su contenido en sílice (SiO2), mientras que la composición mineralógica se basa en el contenido de las rocas en unos pocos minerales, que son los mayoritarios en todas las rocas magmáticas: cuarzo, feldespatos y plagioclasas.
En cuanto a composición mineralógica, las rocas magmáticas tienen, como máximo, tres minerales mayoritarios. Este hecho sirvió a Streckeisen para establecer una clasificación que se describe mediante diagramas triangulares que llevan su nombre. Los minerales mayoritarios que componen una roca magmática son, feldespatos potásicos o alcalinos, plagioclasas y cuarzo o feldespatoides, pero cuando aparece el cuarzo en una roca nunca se presentan en ella los feldespatoides. Esto permite representar los distintos tipos de rocas mediante un doble diagrama triangular: en uno de los triángulos aparecen las rocas con cuarzo y en el otro las que tienen feldespatoides.
- Principales familias de rocas plutónicas
- Los granitos y granodioritas son rocas claras, de textura granuda, ricas en cuarzo, feldespatos alcalinos y biotita.
- Las dioritas son rocas intermedias, formadas sobre todo por plagioclasas.
- Las sienitas y monzonitas están formadas fundamentalmente por feldespatos alcalinos.
- Los gabros son rocas oscuras, compuestas por plagioclasas, piroxenos y olivino.
- Las peridotitas son rocas ultrabásicas en cuya composición predominan el olivino y los piroxenos.
Principales familias de rocas volcánicas: las rocas volcánicas son difíciles de clasificar, debido a que muchas de ellas presentan texturas vítreas.- Las riolitas son el equivalente volcánico del granito. Presentan textura vítrea o de grano fino.
- Las dacitas son ricas en plagioclasas y hierro.
- Las traquitas son ricas en feldespatos, y representan el equivalente volcánico de las sienitas.
- Las andesitas están constituidas por plagioclasas y piroxenos, y presentan grano fino.
- Los basaltos son rocas básicas de color negro, el equivalente volcánico de los gabros.
Los procesos de diferenciación magmática pueden dar lugar, en función de su intensidad, a diferentes tipos de rocas plutónicas o volcánicas.
1 comentario:
Los gráficos son muy prácticos para la enseñanza (Jorge Toro Álava, Quito)
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