245 ALEJANDRO TOSELLICapitulo 13Magmatismo de intraplacaIntroduccinEste tipo de volcanismo se produce dentro de las placas tectnicas, tanto continentales como ocenicas, lo que hace difcil su relacin con la tectnica de placas (Fig. 13-1).LasislasHawaiproporcionanunejemploespectaculardelaactividadmagmticade intraplaca, que muestra desde islas con volcanes activos, hasta el otro extremo de la cadena con islas volcnicas de actividad ya extinguida y montes volcnicos submarinos en crecimiento, que pueden ser explicados en trminos del moimiento de la placa Pacca que se desplaza sobre un punto caliente estacionario, situado por debajo de la placa. La fusin parcial de esa pluma de manto ascendente, que se produce por descompresin adiabtica,generamagmasquevarandesdebasaltostoleticosaalcalinosynefelinitas, dependiendo de la profundidad de generacin y el grado de fusin parcial, as como de la composicin y mineraloga de la fuente mantlica.Fig. 13-1. Distribucin de puntos calientes en placas oceanicas y continentales. ,modicado \ilson 1991,.Fig. 13-2. Modelo de punto caliente en la generacin en cadenas de islas olcanicas lineales. ,modicado \ilson 1963,.Miscelanea 18: 245-256Llementos basicos de petrologa gnea1ucuman, 2010 -ISSN 1514 - 4836 - ISSN on-lineISSN 1668 - 3242 MAGMATISMO DE INTRAPLACA 246Se ha sugerido que los perodos de mayor actividad magmtica de las kimberlitas, podra estarasociadoconpuntoscalientesenlasplacascontinentales.Ladistribucinglobalde puntos calientes en el manto, se interpreta como otro modo de conveccin mantlica, que no es uniforme y que muestra particular concentracin en la placa Africana.Islas OcenicasDentrodelascuencasocenicasseencuentrannumerososmontessubmarinoseislas volcnicas que ocurren lejos de los bordes de placas y que se denominan de intraplaca.Losmontessubmarinos(seamounts)sonestructurasvolcnicassubmarinas, morfolgicamentesimilaresalosvolcanesdeescudosub-areos,loscuales,obiennunca alcanzaronelnieldelmarobienhansidoerosionados,osehanhundido.Aquellosque emergenoestnprximosalniveldelmar,generalmentedesarrollanarrecifesdecoralsi estn en reas tropicales, los cuales cuando se hunden reciben el nombre de guyots.Batiza ,1982, sugiere que estas estructuras olcanicas se localizan preerentemente a lo largodezonasderacturas,lascualesproeeranlosconductosquepermitiranelpasaje del magma hacia la supercie. Ln el Atlantico las islas olcanicas ocurren como estructuras simples o pequeos grupos, asociados a dorsales submarinas no-ssmicas; mientras que en la cuenca oceanica Pacca, que es de rapida distensin, ellos se presentan en cadenas lineales, comolasislasIawai.Llmodeloinolucraunauentedemagmajoenelmanto,punto caliente o pluma de manto, sobre el que la placa oceanica se desplaza ,lig. 13-2,.Mientras que los puntos calientes como modelo de volcanismo de intraplaca es el modelo masatractio,otrosautoresproponenotrasexplicaciones.1urcotteyOxburgh,198,, relacionan el origen de las cadenas lineales de cadenas de islas, al desarrollo y propagacin de fracturas causadas por tensiones de intraplaca y al movimiento de las placas litosfericas. Aquseadoptaelmodelodepuntocalientede\ilson,paraexplicarelolcanismo global ocenico de intraplaca, para lo que se debe suponer el ascenso de material de manto caliente, con dimensiones, temperaturas, velocidades de ascenso y caracteres qumicos que no son posibles de deducir por observaciones geolgicas o geofsicas directas. Estos puntos calientes representan un modo de conveccin del manto que an es materia de especulacin.Procesos de fusin parcialLa fusin parcial en el manto, por debajo de las islas ocenicas, se da en respuesta a la descompresinadiabticadelaplumaycomponentesastenosfricosdurantesuascenso. Tales procesos de fusin involucran:a. La composicin qumica,elementos mayores y trazas e istopos de Sr, Nd, Pb, de los basaltos primarios de las islas ocenicas, tanto toleticos como alcalinos.b. La mineraloga y composicin qumica de la fuente mantlica.c. El grado de fusin parcial.d. El mecanismo de fusin parcial.e. La proundidad del comienzo de la usin y de segregacin de los magmas.f. La importancia de las diferentes fuentes de manto, ya sea de una pluma, astensfera deprimida o litosfera ocenica.24 ALEJANDRO TOSELLILa distancia que separa a las islas ocenicas de las placas continentales, junto al espesor delacortezaoceanica,hacenimprobablelacontaminacincorticaldelosmagmas.As lacomposicingeoqumicadelosbasaltosprimitiosrenejaranlamineralogayqumica delafuente,ascomolatemperatura,presinyfugacidaddeoxgenodurantelafusin parcial ,olumen de usin parcial y posterior cristalizacin raccionada, en el camino a los reservorios someros. Los magmas con caracteres casi primarios, tienen alto MgO, Ni y Cr, y son erupcionados con frecuencia en las islas ocenicas, indicando que dichas composiciones son poco modicadas por procesos de cristalizacin raccionada a baja presin. El estudio de este volcanismo, muestra que las erupciones son tanto de basaltos toleticos comoalcalinos.Losdostiposcorrespondenamagmasprimariosderivadospordiferente fusinparcial,desdeunafuentemantlicahomognea,obiencorrespondenafuentes diferentes. Algo similar ocurre con las relaciones de elementos incompatibles (K/Ba, K/Rb, Zr/Nb) y con las relaciones isotpicas de Sr, Nd y Pb, que indicaran derivacin desde una fuente relativamente homognea.Losestudiosexperimentalesindicarancondicionesdeusinparcialdelherzolitas con espinela. Para los basaltos de Hawai, los fundidos parciales por debajo de 15 kbar son toleticos,volvindosepicrticosconmayorvolumendefusin.Apresionesentre15y25 kbarellossonbasaltosolivnicoalcalinosysevuelventoleticosconelincrementodela fusinparcialyapresiones>25kbar,seformanpicritasalcalinas,quecambianapicritas toleticas con el aumento de la fusin. Esto indicara que los magmas primarios alcalinos y toleticos se generaran desde la misma fuente, por variacin del volumen de fusin y de la profundidad.Tabla 13-1. Dierencias petrogracas entre los basaltos toleticos y alcalinos.MAGMATISMO DE INTRAPLACA 248Cmaras de magma en altos nivelesLos reservorios ubicados por debajo de los volcanes de islas ocenicas activas consisten esencialmente en complejos interconectados de diques, lones capa y camaras magmaticas, situadasamenosdekm.Lnestosreserorioslosbasaltostoleticosyalcalinossuren cristalizacin raccionada, contaminacin cortical y mezcla de magmas. Lidencias directas de la importancia de la evolucin geoqumica que sufren los magmas es la buena correlacin linear de los elementos mayores y trazas en los diagramas de ariacin. Ademas, los basaltos alcalinos arrastran a la supercie una ariedad de xenolitos correspondientes a rocas plutnicas, que corresponden a gabros, dunitas, piroxenitas y wherlitas, como as tambin pero en menor grado sienitas y granitos. Ln Iawai los basaltos alcalinos arrastran xenolitos ultramacos que incluyen lherzolitas espinlicas y raramente con granate, que indican proundidades de 60-80 km, que corresponde a la zona de segregacin magmatica.Los sistemas de cmaras magmticas de alto nivel en los volcanes de islas ocenicas, se sitan dentro de secuencias de rocas volcnicas previamente erupcionadas, con las cuales se contaminan,hacencrecereledicioolcanico.Lasasessubmarinastempranassealteran por el agua de mar, la que produce cambios en las relaciones de istopos 8Sr/86Sr y 18O,16, yporendevariacionesisotpicasenlosOIBysufrencontaminacinconlossedimentos ocenicos.Asimismoenestossistemasmagmaticos,dosomasmagmaspuedenmezclarsepara formar un fundido hbrido. Tales procesos son importantes en la petrognesis de los volcanes de islas ocenicas y pueden ocurrir en los reservorios someros de magma.Petrografa de las rocas volcnicas de islas ocenicasLas islas ocenicas estn esencialmente formadas por basaltos toleticos y alcalinos.Fig. 13-3. Diagrama lcalis vs. slice, mostrando las diferencias entre series toleiticas y las alcalinas.249 ALEJANDRO TOSELLILa espinela es comn en ambos tipos, pero su composicin es muy variable. La plagioclasa es engeneralmscomncomofenocristales enlostoleticos,queenlosalcalinosyestos ltimos son ms ricos en K2O. Las fases hidratadas (anfbol y biotita) estn ausentes en las toleitas, indicando baja concentracin de voltiles en los magmas, pero en contraste el anfbol kaersutita es comn en los basaltos alcalinos. Es interesante resaltar que los xenolitos de baja presin dentro de los basaltos suelen contener abundante anfbol, esta aparente discrepancia de la inestabilidad del anfbolaprofundidades someras (30) y pueden ser usadas para demostrar mezcla en la uente mantlica.El Ni es un indicador del fraccionamiento del olivino en los magmas baslticos porque tiene alto coeciente de particin undido-mineral. Los OIB muestran buenas correlaciones entre Ni y MgO, indicando la importancia del fraccionamiento-acumulacin del olivino. El Cr tambin se correlaciona con el MgO, debido a la cristalizacin concurrente de oliino y espinela rica en Cr. En general los OIB alcalinos estn deprimidos en Ni y Cr, en relacin a los OIB toleticos y MORB, lo que indicara cristalizacin raccionada a alta presin en el camino hacia la supercie.LoselementosdetierrasrarasmuestranpatronescaractersticosenlosOIB,y enriquecimiento de tierras raras livianas en relacin a las pesadas (Fig. 13-8), variando segn se trate de basaltos toleticos o alcalinos, normalizados a condrito. 1al comportamiento de las tierras raras, es a consecuencia de su derivacin desde una fuente de manto deprimido.Fig. 13-5. Variacin de Al2O3, TiO2 y MgO vs.SiO2 para volcanitas de Ascensin.MAGMATISMO DE INTRAPLACA 252Fig. 13-6.Variacin de Al2O3, MgO, TiO2 y P2O5 vs. SiO2 para la isla Gough.Fig. 13-7. Variacin de Ba y Sr (ppm) vs. SiO2 ,, para la isla Gough.Tabla13-3.AbundanciadeelementostrazasenMORB,basaltosdorsalesmediooceanicas,,toleitasdeislas ocenicas (TIO) y basaltos alcalinos de islas ocenicas (OIBA).253 ALEJANDRO TOSELLIIstopos radiognicosEl estudio de los istopos Sr-Nd-Pb de los MORB erupcionados en las dorsales ocenicas delAtlanticoydelPaccoOrientalmuestranbuenacorrelacinlinealenlasrelaciones 20Pb/204Pbversus 206Pb/204Pb; 8Sr/86Srversus 206Pb/204Pby 8Sr/86Srversus 143Nd/144Nd. Lsto se interpreta en uncin de mezclas entre dos componentes dierentes del manto por debajo de las dorsales. Un componente es la astenosfera convectiva deprimida, con menos Pb y Sr radiognicos e istopos de Nd ms radiognicos, conocido como manto deprimido. Ll otro componente son las burbujas del material uente de los OIB, caracterizados por el mayor contenido de Pb y Sr radiognicos, y menos Nd radiognico.Fig. 13-8. Abundancia de tierras raras normalizado a condrito, para MORB tipos N y P.LadiferenciacindelmantodelaTierrapuedeserdescriptacomountransporte unidireccionaldematerial,desdeunaporcindemanto(primordial?)inicialmente homogneo,hacialalitosfera.EstoimplicaquelasheterogeneidadesisotpicasenSr,Nd y Pb en los basaltos oceanicos jenes no contaminados, son el resultado de mezclas entre regiones del manto que han sufrido diferentes extracciones en el curso del tiempo geolgico. Talmodeloseoriginsobrelabasedeinterpretarlascorrelacionesde 8Sr/86Srversus 143Nd/144Nddelosbasaltosocenicos,enlosqueunmiembroextremocorrespondeaun MORB-N de fuente astenosferica deprimida, y el otro extremo corresponde a material de manto prximo a la composicin primordial, que no habra sufrido ninguna extraccin de magma.La usin parcial de un reserorio de manto primordial con Nd~0, produce un residuo deprimidoenNdconrespectoalSmyelsubsecuentedecaimientoradiactivodel 14Sm, genera un manto deprimido con Nd0 ,lig. 13-9,.Los datos isotpicos de Pb para el MORB y OIB, se vuelven ms claros en los modelos de diferenciacin de la Tierra, que involucran transporte bidireccional de material, que incluye el reciclaje de materiales derivados del manto por subduccin de litosfera ocenica. El Pb est altamente deprimido en el manto superior, siendo contaminado por Pb proveniente de los sedimentos oceanicos deriados de la corteza continental, que incorporan U de deriacin MAGMATISMO DE INTRAPLACA 254cortical. Por esta razn los istopos de Pb son los trazadores mas sensibles de procesos de mezcla en la uente de los OIB. Ln la lig. 13-10, los datos de las islas de ocano Atlantico, Discovery,GoughyTristandaCunha,seproyectanmsprximasalageocrona,quelas islas del Atlantico Norte ,Bouet, Canarias, Azores, Ascensin y Cabo Verde,, que renejan el dominio de componentes de pluma enriquecida en la fuente.Fig. 13-9. Datos isotpicos de los OIB de las islas Marquesas y Tubaii.Fig. 13-10. Datos isotpicos de Pb para los OIB y MORB del Atlntico.255 ALEJANDRO TOSELLIModelo petrogenticoEl origen de la islas volcnicas ocenicas y montes ocenicos han estado sujetos a fuertes controversias en relacin con la teora de las placas tectnicas. El modelo de punto caliente o pluma de manto, ue propuesto por \ilson ,1963, y desarrollado por Morgan ,191, 192,. La Fig. 13-11, presenta los posibles procesos responsables de la generacin de magmas de intraplaca, en la que se consideran dos capas de manto una superior deprimida, fuente de los MORB y una profunda, que sera la fuente de plumas y generadora de los OIB. Las plumas se originaran en el lmite entre las dos capas como una serie de gotas invertidas que ascienden. La descompresin adiabtica induce la fusin parcial en los diapiros y en la fuente mantlica adyacentealosMORB,quegeneraelnujodelaplumaascendente.Morgan,192,bas el modelo original sobre la idea de que los componentes de la pluma, de la capa de manto inferior, corresponden a material de manto primordial que no habra estado involucrado en los eentos que dieron lugar a la ormacin de la corteza continental. Los elementos trazas apoyan la teora de fuentes diferentes de los MORB y de los OIB. La fuente de los OIB, debe inolucrarunamezclaentremantorelatiamenteprimordialycomponentesderiadosde cuas litosfricas subductadas.Profundidaddesegregacindelosmagmas:lascaractersticasgeoqumicasdelos magmas primarios, derivan esencialmente del punto de equilibrio con la fuente mantlica a la proundidad de la segregacin, que estaran a ~100 km, con un lmite superior de 50 - 60 km.El ascenso diaprico del manto causa fusin parcial de los componentes de la pluma y de la astenosera deprimida ,uente MORB,. Lsta mezcla, produce un magma que segrega a proundidades de 50 - 60 km, con signatura isotpica y elementos traza de ambas uentes. Lstos magmas primarios deben atraesar la litosera oceanica antes de alcanzar los reserorios dealtoniel,15km,pordebajodeledicioolcanico,dondeseproducecristalizacin raccionadaymezclademagmasquediersicanlascomposiciones.Adicionalmentela contaminacin de la corteza oceanica puede modicar las caractersticas geoqumicas de los magmas, en particular las relaciones de istopos de Sr y O. En general, los volcanes de islas oceanicas, ubicados sobre corteza oceanica madura eolucionan desde ases tempranas poco alcalinas, a fases ms alcalinas tardas. Tal secuencia se explica siguiendo modelos en los cuales las eruptivas tempranas representan volmenes moderados de fusin parcial a profundidad relativamente somera, mientras que los basaltos alcalinos y nefelinitas representan volmenes pequeos de fusin parcial a gran profundidad.Uno de los mayores problemas para interpretar el olcanismo de intraplaca es la naturaleza intangible de las plumas de manto propuestas. Morgan ,192, estima que la pluma por debajo deHawaidebeteneralrededorde150kmdedimetro,conunavelocidaddeascensode algunos metros por ao, que se basa en el patrn volcnico de Hawaii y que no puede ser extrapolado a otras islas ocenicas.Estudios experimentales y tericos concluyen que las plumas de manto ascenderan en base al rgimen calrico, que se originara en el lmite de placas de dos regmenes convectivos dierentes y que se situara a la proundidad de la discontinuidad ssmica de 60 km. Ln el caso de Iawaii el nujo de la pluma se originara en el lmite manto-ncleo. Iomann y \hite ,1982, porponen un modelo para los OIB que inolucra el reciclado de corteza oceanica subductada en un reserorio uente de los OIB. 1al reciclado es necesario para explicar las caractersticas geoqumicas e isotpicas de los OIB, sugiriendo que la corteza ocenica se asla y acumula en el manto superior, donde permanece por algunos Ga y cuando se inestabiliza por calentamiento interno, asciende diapricamente proeyendo componentes para los OIB.MAGMATISMO DE INTRAPLACA 256Los magmas erupcionados en las islas ocenicas y montes submarinos, corresponden a magmas alcalinos y toleticos, que se distinguen claramente de los MORB. Dichos magmas ascenderan y se estacionaran formando reservorios magmticos someros a profundidades de 2 - 30 km, donde se produce la cristalizacin raccionada y mezcla de magmas. Lecturas seleccionadasBatiza, R. 1982. Abundances, distribution and sizes oolcanoes in the Pacic Ocean and implications or the origin onon-spot olcanoes. Larth Planet. Sci. Lett. 60: 195-206.Iomann, A.\., y \hite, \.M. 1982. Mantle plumes rom ancient oceanic crust. Larth. Planet. Sci. Lett. 5: 421-436.MacDonald, G.A., y Katsura, 1. 1964. Chemical composition oIawaiian laas. J. Petr. 5: 82-133.Morgan, \.J. 191. Conection plumes in the lower mantle. Nature 230: 42-43.Morgan, \.J. 192. Plate motions and deep mantle conection. Geol. Soc. Am. Mem. -22.1urcotte, D.L., y Oxburgh, L.R. 198. Intra-plate olcanism. Phil. 1rans. R. Soc. London A288:561-59.\ilson,J.1. 1963. A possible origin othe Iawaiian islands. Can. J. Phys. 41: 863-80.\ilson, J.1. 193. Mantle plumes and plate motion. 1ectonophysics 19: 149-164.Fig. 13-11. Modelo esquemtico del proceso de magmatismo de intraplaca.