petrogénesis Ígnea

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• Objetivos:

• Conocer los procesos y las herramientas fundamentales que permiten determinar el origen y la evolución de las rocas ígneas

• Aprender a utilizar las herramientas y los fundamentos de la geoquímica para elaborar interpretaciones geológicas con ellos

Petrogénesis ÍgneaTeresa Orozco y Arturo Gómez-Tuena

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Definiciones y Principios

• Petrología• Petrografía• Petrología Ígnea• Magma• Rocas Ígneas• Petrogénesis Ígnea• Geoquímica

¿Cómo reconozco una roca ígnea?

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¿Por qué utilizar la geoquímica?

• Cuantitativa

• Reproducible

¿Da mayor validez a los argumentos?

Objetividad

Geoquímica (Ciencia): Observaciones+Teorías

Brecha ConglomeradoDiscordancia de Hutton

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Problemas abordados a través de la Geoquímica

Cuantificación de la escala de tiempo geológico

Formación de la Tierra – Química meteoritos

Temperatura y profundidad de cámaras magmáticas

Existencia de plumas del manto

Sedimentos se subducen y se reciclan en las rocas de arco

Presión y temperatura de rocas metamórficas

Tasas de levantamiento y erosión de cadenas montañosas

Origen de la atmósfera, corteza, manto y núcleo

Origen de la vida en la tierra y ¿en otros planetas?

Origen y distribución de los recursos naturales (minerales, petróleo)

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Geoquímica y Desarrollo TecnológicoTecnología Geoquímica

Simbiosis

• Microsonda y microscopio electrónico

• Difracción de r-X, resonancia magnética y espectrometría raman (orden y enlaces atómicos)

• Fluorescencia de R-X e ICP-MS (Concentración elementos)

• Espectrómetros de masas con colectores múltiples (rel. Iso.)

• Computadoras

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Herramientas Conceptuales(Primera Parte del Curso)

– Termodinámica– Cinética

– Geoquímica de elementos traza– Geoquímica Isotópica

100M

Pa=

1Kb=

~3K

m

90 km

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• Composición de la Tierra I: El manto y el núcleo

• Composición de la Tierra II: La corteza

• Petrogénesis y Tectónica de Placas (seminarios)

La Composición de la Tierra(Segunda parte del Curso)

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La Composición de la Tierra

• ¿Para qué nos sirve saberla?

• ¿Cómo podemos conocerla?

• ¿Qué procesos fisicoquímicos la controlan?

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La Anatomía de la Tierra

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El Núcleo:~3 400 km de radio32.5% de la masa de la tierraAleación de Fe-NiExterno: líquidoInterno: sólido

Meteorito metálico

~3,400 km

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El Manto:~3 000 km de radio66% de la masa de la tierra83% volumen total de la tierraMinerales ricos en Fe-MgRocas ultramáficas

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La composición promedio del manto es:SiO2 TiO2 Al2O3 FeO MgO CaO Na2O46% 0.2% 4% 7.5% 38% 3.2% 0.3%El resto de los elementos < 0.5%. Contenido de H2O ~100 ppm

Composición del mantoRocas ultramáficas

olivino (Mg,Fe)2SiO4 [Mg/(Mg+Fe)~0.9]ortopiroxeno (Mg,Fe)2SiO6 clinopiroxeno Ca(Mg,Fe)Si2O6Además de un mineral aluminoso que depende de la presión:0-1 GPa, Plagioclasa CaAl2Si2O8-NaAlSi3O8 [Ca/(Ca+Na) ~0.9]1-3 GPa, espinela MgAl2O4>3 GPa, granate (Fe,Mg,Ca)3Al2Si3O12

¿Qué minerales hay en el manto?

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La Corteza:Espesor varía 6-80 Km (40 km prom)0.5% de la masa total de la tierra

Corteza Oceánica:6-10 kmEdad < 200 Ma~50%:~50% ferromagnesianos:feldespatosComposición intermedia (rocas máficas)

Corteza Continental:10-80 km (35-40 km prom)Edad variable (3.6 Ga-4.4Ga?)Empobrecida en Fe-Mg, enriquecida en Al, Si, Ca y NaRocas félsicas

Granito Granodiorita Gabro

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La composición promedio de la corteza oceánica (máfica):SiO2 TiO2 Al2O3 FeO MgO CaO Na2O K2O50.5% 1.6% 15% 10.5% 7.6% 11.3% 2.7% 0.1%El resto de los elementos < 0.5%. Contenido de H2O ~1000 ppm Enriquecida en TiO2, Al2O3, CaO, Na2O, and K2O c/r manto; pero

muy empobrecida en MgO.

Composición de la corteza oceánicaRocas máficas

Clinopiroxeno Ca(Mg,Fe)Si2O6Feldspatos (plagioclasa) CaAl2Si2O8-NaAlSi3O8 [Ca/(Ca+Na) ~0.4-0.7]Además de Olivino, Opx, trazas de cuarzo. H2O concentrada en elAnfíbol (hornblenda) Ca2(Mg,Fe)4Al2Si7O22(OH)2

¿Qué minerales hay en la corteza oceánica?

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Composición de la corteza continentalRocas félsicas

La composición promedio de la corteza continental:SiO2 TiO2 Al2O3 FeO MgO CaO Na2O K2O57% 0.9% 16% 9% 5% 7.4% 3.1% 1.0%El resto de los elementos <0.5%. Contenido de H2O es muy variable,

pero puede alcanzar más de 8%Enriquecida en SiO2, K2O con respecto al manto y corteza oceánica.

Plagioclasa CaAl2Si2O8-NaAlSi3O8 [Ca/(Ca+Na) ~0.1-0.6]Feldspato-K NaAlSi3O8-KAlSi3O8Cuarzo SiO2Mica: Biotita KMg3(AlSi3)O10(OH)2Mica: Muscovite KAl2(AlSi3)O10(OH)2

Las rocas volcánicas andesita a riolita.Las rocas plutónicas diorita a granito.

¿Qué minerales hay en la corteza continental?

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Estructura Física de la TierraCapas concéntricas:

Diferentes composiciones

11Núcleo

4.5Manto

2.8Corteza

1.03Hidrósfera

Densidad (g/cm3)Capa

Presión=gh

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Estructura Física y Composición de la Tierra(1) Métodos geofísicos

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Velocidad Densidad

(1) 10-12 km en oceános (30-50 km en continentes) está el MOHO

(2) 90-200 km baja velocidad. Litósfera-Astenósfera

(3) 400 km. Piroxeno-Granate y Olivino-Fase B (espinela)

(4) 700 km. Fase B-Perovskita

(5) >700 km. No hay cambios apreciables en estructura

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• Estudios de los xenolitos y secuencias ofiolíticas• Estudios de las rocas magmáticas derivadas de la

fusión parcial del manto • Evidencias cosmoquímicas (meteoritos)

Estructura Física y Composición de la TierraEvidencias Petrológicas-Geoquímicas

Condrita Carbonácea Komatiita Peridotita

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Fuentes de Energía en la Tierra: Energía Solar: Mueve hidrósfera y atmósfera (intemperismo y erosión) Energía Interna: Actividad tectónica

Procesos geológicos energía

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Fuentes de Energía en la Tierra

Energía GravitacionalAcreción y Diferenciación

Decaimiento Radiactivo

238U, 235U, 232Th, 40K, 87Rb

U Th K Rb

Cor. Ocean. 0.065 0.164 850 0.73

Cor. Contin 1.4 5.6 10E3 57

Manto Primit. .021 .085 301 0.6

Muy variable50-90% del calor interno

Concentraciones (ppm)

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Transferencia de Calor en la Tierra

Radiación: Transmisión de energía electromagnética haciael medio ambiente. El sol, un foco, etc.

Conducción: Transferencia de vibraciones a nivel atómicoy molecular cuando existe contacto entre dos cuerpos con distintatemperatura.

T2=1000

T1=300

l

Grad. Térmico (T= T2-T1/l)

Flujo calorífico=T x kT

kT=conductividad térmica

kTCu=0.9, kTRoca=0.005 (cal/cms°C)

Flujo calorífico=cal/cm2s=(watt/m2)

Flujo Calorífico Tierra =0.09 watt/m2

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Gradiente Geotérmico = T/z

¡En la corteza 20-40° C por kilómetro!

Gradiente NO es constante c/r a Z

Extrapolado

¿Mecanismo adicional?¿Mayor calor en la corteza?

¿Por qué?

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Convección: Movimiento de materiales con distinta temperaturapor efecto de una diferencia de densidades.

Transferencia de Calor en la Tierra

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Tectónica de Placas y Magmatismo

La litósfera está organizada en una serie de placas rígidas que se mueven entre sí por efecto de la convección del manto.

Convección→disipación de calor→Trabajo→Transferencia de energía

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Tectónica de Placas y Magmatismo

Límites de Placas: Convergente, Divergente y Transforme

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Límtes DivergentesCrestas Oceánicas

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Límites Divergentes“Rifts Continentales”

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Límites Convergentes

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Límites ConvergentesColisión Continental

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Límites Transformes¿Magmatismo?

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Magmatismo Intraplaca“Plumas del Manto” o “Puntos Calientes”

Basaltos de Columbia River

Islandia