Clase 7. Reacción de Bowen

Cap 4 Tarbuck

Rocas Ígneas

Magmas: el material de las rocas ígneas

El  en forma de magma es el material proveniente del interior terrestre, compuestos por diferentes minerales, que presentan una fusión parcial. Esta fusión parcial, ocurre en diferentes niveles del interior terrestre, siempre mayores a los 250km de profundidad, el material asciende a la superficie en forma de erupciones violentas o de forma tranquila. Cuando el magma alcanza la superficie recibe el nombre de lava.

Cuando el material magmático alcanza la superficie y se solidifica, forma rocas extrusivas o volcánicas, estas se enfrían rápidamente y adquieren un color oscuro, por la cristalización de los minerales. En la Argentina encontramos este tipo de roca, en algunos sectores de la cordillera de los Andes. Muchas de las islas hawaianas son el resultado de este tipo de colada. También encontramos que el material magmático queda encerrado en la corteza terrestre y forma rocas intrusivas o plutónicas. Estas rocas solo quedan expuesta cuando la corteza en meteorizada o erosionada. De esta manera la roca cajón que la encierra, se desgasta y la roca plutónica se expone. Esto lo podemos observar en las sierras de Córdoba, en la cordillera de los Andes, en los acantilados de Mar del Plata.

Los magmas son materiales casi fundidos, compuestos por tres partes bien diferenciadas: el fundido (Liquido), compuestos principalmente por silicio y oxígeno, en menor proporción hierro, aluminio, potasio, calcio y magnesio fase solida está compuesta por pequeñas cantidades de silicatos cristalizados, y la fase gaseosa está compuesta por vapor de agua, dióxido de carbono o anhídrido carbónico y dióxido de azufre. Estos cuando ascienden a la superficie por la disminución  de presión, se liberan a la atmosfera.

La cristalización del magma es compleja, pero maneja ciertas características comunes, y es la velocidad con la que se enfría. Los primeros cristales que se forman son los silicatos que tienen una estructura tetraédrica de silicio y oxígeno. Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la movilidad de los iones y a medida que se enfría pierden movilidad, se forman diferentes estructuras minerales a partir de los mismos componentes, esto es lo que genera que del mismo magma, se observen diferentes compuestos.

Factores que afectan al tamaño de los cristales

Textura: es el aspecto general que presenta a simple vista y esto es producto de la cristalización de los minares y su tamaño.

Los tres principales factores que se describen son: la velocidad con la que el magma se enfría, la cantidad de sílice y la cantidad de gases disueltos. Pero la velocidad de enfriamiento es la principal causa de la textura que presentan las rocas ígneas. Si se enfría lentamente, como en las rocas plutónicas o intrusivas, lo iones tienen tiempo de migrar a los núcleos embrionarios y generar las uniones químicas que les otorga estabilidad, esto permite la producción de grandes cristales (granito), se producen pocos pero de gran tamaño, mientas que en una colada de lava muy fina, el enfriamiento es rápido y se forma muchos núcleos embrionarios que atraen a los iones que compiten por espacio, formando un red de cristales pequeños. Y en los casos que el enfriamiento es muy rápido, casi no se forman cristales, dando una textura vítrea o similar al vidrio (obsidiana).

Textura afanítica (grano fino): son rocas ígneas con granos muy finos que se enfriaron muy rápidamente. En términos generales, estas se forman cuando porciones pequeñas del magma, quedan encerrados en la corteza superior. Los granos se no observan a simple vista y tiene un aspecto claro por la concentración de silicatos no ferromagnesianos. Pueden presentar pequeñas aberturas, denominadas vesículas que son el resultado de la salida o escape de gases.

Textura fanerítica (Grano grueso): estas rocas se forman a  partir de grandes cantidades de magma, que se enfría lentamente en el interior de la corteza terrestre. Los cristales son de gran tamaño, y sus granos se observa a simple vista, en algunos casos se utiliza una lupa para reconocer los granos. Entre las rocas más comunes de este tipo encontramos al granito (densidad 2,65g/cm3).

Textura porfídica (grano grueso con matriz): en este caso la masa de magma se ubica a grandes profundidades y se enfría de manera muy lenta, puede tardar centenares de años en solidificarse, por lo cual se forman grandes granos, pero si esta masa luego comienza a perder calor de manera más rápida (afloramiento), se forman cristales más pequeños. Esto genera una matriz (pasta) con grandes granos (fenocristrales). Para reconocerla a simple vista es similar al granito pero con granos más grandes.

Textura vítrea (vidrio): este tipo de roca se produce cuando el magma se enfría o congela a gran velocidad. No se forman granos y tiene un aspecto de vidrio natural, de color oscuro. Las roca ms común es la obsidiana, en Argentina encontramos los principales yacimientos al sur del lago Aluminé en Neuquén y en el sur de Mendoza, La Payunia).

Textura piroclástica: este tipo de roca ígnea esta forman por rocas individuales, que durante una erupción son arrancado del lugar donde se encontraban y se funden con el nuevo magma, formando rocas fragmentadas o piroclástica.

Textura pegmatítica: esta roca se caracteriza por la presencia de granos muy grandes que se forma en la parte más externa de rocas plutónicas. Pero en este caso no es producto de la velocidad enfriamiento la producción de grandes granos, es por la presencia de grandes cantidades de materiales volátiles como agua, dióxido de azufre y otros en el fundido. Su composición es similar al granito.

Composición química de las rocas ígneas:

Están compuestas principalmente de Silicio y oxígeno, formando cristales de sílice. También encontramos Hierro (Fe), Aluminio (Al), calcio (Ca), Magnesio (Mg), Potasio (K), y Sodio (Na) y constituyen casi el 98% del peso total de magma.

Cuando la concentración de Fe y Mg y la  de sílice es baja, se producen rocas ferromagnesianas de color oscuro, entre las más comunes encontramos: olivino, piroxeno, anfíbol y bistita. Mientras que los silicatos claros presentan una mayor proporción de Na, K y Al, y sílice, los más comunes son los feldespatos, cuarzo y moscovita. Los feldespatos constituyen el 40% de las rocas ígneas.

Las rocas máficas,  son basaltos ricos en Fe y Mg, mientras que las rocas graníticas son ricas en sílice (cuarzo), Al y Na. También se las denomina rocas félsicas.  Y un tercer grupo lo constituyen las rocas intermedias o andesitas, donde el 25% son silicatos oscuros como el piroxeno, anfíbol y biotita. Este tipo de roca se produce en la actividad volcánica en los márgenes de los continentes. También rencontramos la peridotita, que está constituida por piroxeno y olivino.

Origen de los magmas

La mayoría de los geólogos considera que el magma se produce por la fusión del manto terrestre. La tectónica de placas juega un papel fundamental en la producción de magma, las zonas de subducción integran al manto, corteza oceánica, sedimentos y componentes del manto. Las zonas de divergencia producen la mayor cantidad de proyección de magma.

El magma se produce a partir de la fusión de roca solida de la corteza y el manto superior (astenosfera). Cuando la temperatura es lo suficientemente alta, se produce la fusión de la roca.

Papel del calor: la corteza y el manto superior están compuesto por rocas no fundidas. Estas rocas están un poco por debajo de su punto de fusión, el calor adicional se obtiene de tres maneras: la fricción entre las placas en la subducción, el ascenso de rocas fundidas desde el manto inferior, que entran en contacto con las rocas de la corteza y el contacto de las rocas con el manto. Debemos recordar que el gradiente geotérmico a 100 km de profundidad es de 1200 a 1400 °c, pero no alcanza a fundir la roca. Pero estos factores solo producen una pequeña porción del magma. Uno de los factores principales es la descompresión del manto.

Papel de la presión: un material fundido, tiene un aumento en la velocidad en la que se mueven sus moléculas entre sí. A medida que penetramos en el interior terrestre, aumenta la presión y la temperatura, pero la presión hace que los materiales se fundan una mayor temperatura,  si al contrario un materia comienza a ascender, disminuye su presión y la temperatura que trae desde las profundidades es suficiente para producir un fundido de las misma (fusión por descompresión).

Papel de los volátiles: el agua, el dióxido de carbono, el dióxido de azufre y otros materiales volátiles, producen una disminución en el punto de fusión de las rocas. El efecto de los volátiles se incrementa con la presión, lo que significa que a mayor profundidad, mayor presión de confinamiento mayor efecto de los volátiles. Esto significa que una roca con contenido acuoso se funde a menor temperatura que la misma roca seca.

Reacción de Bowen

Esta reacción explica la serie y ordenamiento en la cristalización de las diferentes rocas ígneas, en relación al decrecimiento de las temperaturas y su composición mineral.

A medida que desciende la temperatura en un magma basáltico, se forma en primer lugar OLIVINO (Ferromagnesianos), y casi a la misma temperatura, solo un poco menor se forma roca Plagioclasa rica en calcio. La temperatura sigue bajando y del olivino en contacto con el fundido se forma piroxeno, al descender más la temperatura forma anfíbol y por último en esta serie discontinua de Bowen se forma biotita. En la serie continua las plagioclasas ricas en calcio, a medida que disminuye la temperatura integran iones de sodio a su estructura y liberan iones de calcio, hasta que llega a una temperatura en la que se adicionan iones de potasio. En el final de la secuencia se encontrara roca plagioclasas con un núcleo rico en calcio y una capa rica en potasio.  Y en último lugar se forma cuarzo rico en silicio.

En cuanto a la estructura molecular de la serie discontinua encontramos, que el olivino está formado por tetraedros de sílice – oxígeno aislados, al disminuir la temperatura se agrega sílice a la estructura formando cadenas, que constituye al piroxeno, este sigue perdiendo calor y forma anfíbol que tiene una estructura de doble cadena, y a medida que baja la temperatura se forma biotita con estructura laminar.

Diferenciación magmática

Permite explicar la diferencia entre diferentes magma, cuando un elemento como el olivino, que es el primero en cristalizar en la serie de Bowen, decanta por su mayor densidad, se separa del magma original y se deposita en el fondo de cámara magmática (sedimentación cristalina). Y las reacciones siguen ocurriendo en la parte restante del magma (diferenciación magmática).  La asimilación magmática se produce por el agregado de rocas en el curso se ascenso del magma. Este agregado o asimilación produce un cambio en la composición química del magma original. La mezcla de magma, es producto de la combinación de dos flujos magmáticos diferentes.