Geología

Procesos geológicos

La diferenciación magmática es el proceso que cambia la composición química de los magmas y sus rocas derivativas.¹ Las tres principales formas de cambiar la composición de un magma, es decir diferenciarlo, es mediante cristalización fraccionada, contaminación (o asimilación) cortical y mezcla de magmas distintos.^1 2 También se han postulado otros procesos de diferenciación magmática como la sepración de fases líquidas.

Evolución de los magmas

Imagen 5. Proceso de asimilación magmática. Fuente Proyecto Biosfera bajo licencia Creative Commons.

La mayoría de los magmas no llega directamente a la superficie desde la zona donde se formaron, sino que se alojan en una cámara magmática a poca profundidad de la superficie (1-5 km de profundidad) donde experimenta una serie de procesos que cambian su composición. Por ello, a partir de un magma primario se pueden obtener muchos tipos distintos (magmas derivados). La evolución de un magma depende de si se producen los siguientes procesos:

• Diferenciación magmática.
• Asimilación magmática.
• Mezcla de magmas.

La diferenciación magmática se produce cuando un magma asciende a la superficie y se enfría progresivamente. A lo largo de este enfriamiento se produce la cristalización de minerales a partir del fundido. Si por efecto de la gravedad estos minerales se separan del fundido, varía la composición del magma. Un factor que influye en el proceso de diferenciación magmática es el tiempo. A mayor tiempo transcurrido entre la formación del magma y la formación de la roca, mayor es la probabilidad de que se produzca la diferenciación.

La imagen 5 representa un proceso de asimilación magmática. Cuando un magma asciende, se encuentra rocas de composición diferente a la suya (roca encajante). Entre estas rocas y el magma se producen reacciones que provocan la incorporación de material desde la roca al magma. La incorporación puede producirse de varias formas:

Imagen 6. Xenolito. Fuente Wilson bajo licencia Creatie Commons.

• Por fusión de los minerales de la roca encajante que pasan a formar parte del fundido cambiando su composición.
• Por reacciones entre el magma y la roca encajante que producen entre ambos transformaciones minerales por intercambio de iones.
• Por inclusión en el magma de fragmentos de roca en los que los minerales se conservan sin transformarse. Estos fragmentos de roca o xenolitos (como el que se muestra en la imagen 6) pueden reconocerse posteriormente en la roca magmática.

La mezcla de magmas se produce cuando un magma se mezcla con otro diferente originando un magma de composición diferente.

El principio de las series de reacción de Bowen ilustra cómo un magma puede solidificarse para formar un solo tipo de roca o para dar origen a muchos tipos de roca.

   Es indispensable aclarar que las rocas primarias o sea las rocas ígneas son resultado del enfriamiento y solidificación de un material incandescente proveniente de las entrañas de la Corteza Terrestre llamado magma. Este magma sale a la superficie de la corteza atravesándola por zonas débiles o fracturadas y la más común son los volcanes. El origen del magma ha sido discutido por diversos científicos, algunos señalaron que el magma eran las rocas fundidas en el interior de la corteza, otros postularon que provenía de cámaras o bóvedas a gran profundidad. En fin, con las investigaciones recientes se ha llegado a determinar que el magma proviene del manto líquido superior conocido también como la astenósfera.

   Además, de los tipos de magmas, se creyó que eran de diversas composiciones de acuerdo al tipo de roca que resultaba, sin embargo se ha visto que en realidad existe un solo magma madre, del cual, de acuerdo a la profundidad en que este y a su contenido de sílice en su composición se divide en 4:

1. Ácido: contienen más de un 65 % de Si.
2. Intermedio: contienen entre 53 y 65 % de Si.
3. Básico: contienen entre 42 y 53 % de Si.
4. Ultrabásico: contienen menos de 42% de Si.

   El magma, desde el punto de vista geológico se puede definir como un sistema multicomponente compuesto de una fase líquida, que contiene todos los elementos en solución, principalmente los silicatos (obviamente fundidos) ; varias fases sólidas en forma de cristales en suspensión, como olivino, piroxenos, plagioclasas etc.,y, bajo ciertas condiciones , puede estar presente también una fase gaseosa, constituida esencialmente de vapor de agua, con CO2, HCl, HF, SO2, H2, BO3 etc. La temperatura del magma oscila entre los 13000C a los 7000C, dependiendo de su composición, así un magma básico es más caliente y espeso que un magma de composición ácida.

   El magma va cambiando de estado cuando pierde temperatura y presión, ya sea por su aproximación a la superficie o diversos factores en la profundidad. El enfriamiento en la superficie es muy rápido mientras que en las profundidades llega a tardarse hasta millones de años dando lugar a rocas plutónicas conocidas comúnmente como intrusivas.

   Cuando el magma va enfriándose es sometido a diversos procesos, los cuales son determinantes en la consolidación de las rocas ígneas de distinta composición, estos procesos son:

a) Diferenciación magmática.
b) Asimilación Magmática.

   La diferenciación magmática es el conjunto de procesos mediante el cual un magma madre, mas o menos homogéneo, se separa en fracciones distintas que llegan a formar rocas de composición diferentes. Se distinguen dos tipos de diferenciación:

1) La diferenciación magmática sensustricta, o sea la separación de una o varias      fases líquidas a partir del magma madre, antes de la cristalización.

2) La cristalización fraccionada, que es la separación de una o varias fases      sólidas a partir del magma inicial.

   En la cristalización fraccionada es donde tienen lugar las reacciones continua y discontinua de Bowen. El magma al cristalizarse (hacerse duro), pasa por 5 etapas principales:

I.    Ortomagmática: cristalización de los silicatos.
II.   Pegmatítica : formación de enormes cristales a partir de un líquido residual
III.  Neumatolítica : Liberación de los gases.
IV. Hidrotermal : Precipitación de minerales cuando el vapor de agua se        condensa.
V.   Solfatárica : Escape de los gases SO3 y el CO2

  Es en la etapa Ortomagmática cuando las series de reacción entran en acción mejor dicho en reacción.

   A partir del magma, los cristales de silicatos se forman sucesivamente cuando la temperatura del magma llega a la temperatura de fusión típica para cada tipo de cristal. Los primeros cristales formados a altas temperaturas después pueden cambiar su composición o pueden disolverse nuevamente. De tal modo los cristales ya formados contribuyen con sus iones, moléculas y átomos al magma y se combinan nuevamente formando nuevos cristales cuya temperatura de fusión es más baja que la de los primeros cristales formados.

   Se dice que los nuevos cristales son estables a las temperaturas más bajas establecidas ahora. Estos procesos de cambio se llaman reacciones. Se distingue dos tipos de reacciones, la reacción continua y la reacción discontinua.

   Por reacción continua un cristal formado a altas temperaturas como una plagioclasa rica en el componente Ca2+ varía gradualmente su composición reemplazando una porción de los iones de Ca2+ por los iones de Na+ y una porción de los iones Al3+ por los iones de Si4+.

   Para mantener su neutralidad el reemplazo de Ca2+ por Na+ está acoplado con el reemplazo de Al3+ por Si4+. La serie de reacción continua parte de la plagioclasa rica en Ca2+, pasa por varias plagioclasas de composición intermedia hacia la plagioclasa rica en Na+.

  Por reacción discontinua un cristal máfico formado a alta temperatura reacciona con el liquido restante, una porción de los cristales formados a alta temperatura se disuelve y sus iones constituyen juntos con otros iones del magma otro mineral más rico en Si y estable a una temperatura más baja que la del primero mineral cristalizado.

   La serie de reacción discontinua inicia con la cristalización de olivino pasa hacia el piroxeno seguido por el anfíbol seguido por la biotita.

   La serie de Bowen incluye las dos ramas convergentes de las series continua y discontinua. La plagioclasa rica en Na+ cristaliza casi simultáneamente con la biotita. Ambos siguen del feldespato alcalino, la moscovita y el cuarzo en el orden de la temperatura disminuyéndose.

Clasificación de las rocas ígneas

   La mayoría de las rocas magmáticas de la Tierra se constituye en más de 90% del peso de minerales de silicato y cuarzo o sólo de minerales de silicato. En poco porcentaje de peso pueden participar óxidos de Fe y de Ti, en menor porcentaje de peso pueden presentarse fosfato de calcio y otros minerales.

   En general se puede presentar la composición de las rocas magmáticas completamente o casi completamente por medio de su contenido en los óxidos siguientes:
SiO2, TiO2, Al2O3, Fe(3+)2O3, Fe(2+)O, MnO, CaO, Na2O, K2O, P2O5, CO2, SO3 y H2O.
Normalmente SiO2 es el componente dominante.

Clasificación por el contenido de SiO2

    Desde luego, no suele disponerse de análisis químicos, pero el color permite hacer una clasificación aproximada desde el punto de vista químico. Las variedades de color claro son generalmente ácidas; las de color oscuro suelen ser básicas. Los colores intermedios indican una composición química intermedia. La aplicación del término ácido a una roca, significa un contenido de silicio relativamente alto, mientras que el término básico indica una riqueza relativamente elevada en hierro y magnesio.
Rocas ácidas.- aquellas que contienen cuarzo.
Rocas intermedias.- aquellas que contienen feldespato alcalino y no contiene cuarzo.
Rocas básicas.- contienen feldespato cálcico. Rocas ultrabásicas.- aquellas que contienen minerales oscuros como piroxenos y olivinos.Una clasificación simple de las magmatitas se basa en su contenido en SiO2, se distingue:

magmaticas ácidas: >65% de SiO2
magmaticas intermedias: 65 - 52% de SiO2
magmaticas básicas: 52 - 45% de SiO2
magmaticas ultrabásicas: <45 de="" font="" sio2="">

   El contenido mineral modal de las magmatitas varia ampliamente con los contenidos en los óxidos. La variabilidad de las rocas magmáticas se basa en los procesos de su formación mencionados en lo siguiente:


   a) Formación de magmas primarios diferentes en el manto superior.
   b) Formación de magmas en la corteza oceánica profundamente hundida.
   c) Diferenciación de estos magmas por cristalización fraccionada.
   d) Interacción de los magmas de origen profundo con las rocas de la corteza terrestre y        su evolución por medio de diferenciación y otros procesos.

La nomenclatura siguiente se funda en las reglas de la Unión Internacional de las Ciencias Geológicas. Dichas reglas se presenta en el triángulo doble de Streckeisen y otros diagramas.
En el caso de las plutonitas y diques completamente cristalinos la clasificación se basa en el contenido mineral modal. El contenido mineral modal significa la participación cuantitativa de los minerales en porcentajes de volumen global de la roca en cuestión y se puede determinarlo cuantitativamente.

Diagrama de STRECKEISEN (Triangulo doble de STRECKEISEN):

1. Para rocas intrusivas y hipabisales (subvolcanicas)
2. Para rocas volcánicas
Ejemplo del cálculo para encontrar el punto en el triangulo
Para la presentación de una roca magmática se debe conocer su contenido mineral modal. Métodos simples para determinarlo son los siguientes :
a) Se determina el contenido cualitativo de la roca identificando todos los minerales microscópicamente visibles y se estima la participación de cada tipo de mineral.
b) Se determina el contenido cualitativo de la roca observando una sección transparente de la roca en cuestión a través de un micropolariscopio, identificando todos los minerales y contando los diferentes tipos de minerales (por ej. por medio de un ‘point counter’), que aparecen en un área definida, por ej. de la dimensión 10 x 10 mm2.
Los cuatro parámetros del triángulo doble de Streckeisen son :
1. Q = Cuarzo y otros minerales de SiO2.
2. A = Feldespato alcalino (feldespato potásico incluido pertita y albita con menos de 5% del componente anortita, sanidina).
3. P = Plagioclasa (An 5 a 100), scapolita.
4. F = Feldespatoides : leucita, calsilita, nefelina, sodalita, noseana, hauyna, cancrinita, analcima y los productos de transformación de estos minerales.
Los porcentajes de volumen de los componentes A, P, Q o F se determina contando los componentes A, P, Q o F o se aplica una de las normas especiales a un análisis químico de la roca. Se convierte los porcentajes de volumen de A, P, Q o F a 100% y los resultados se presenta en el triángulo doble de Streckeisen. De tal modo se puede clasificar una roca magmática y se obtiene la denominación de la roca en cuestión.