UNA INTRODUCCIN A

gneas y METAMORFICA PETROLOGA

OHN D. INVIERNO

Una introduccin a la

gneo y se Metamrfico Petrologa

Una introduccin a la

gneo y se Metamrfico Petrologa

John D. Winter Departamento de Geologa Whitman College

EB00062387

Prentice Hall

Prentice Hall Upper Saddle River, Nueva Jersey 07458

Biblioteca del Congreso de Datos de catalogacin en publicacin Invierno, John D. (Juan DuNann) Una introduccin a la petrologa gnea y metamrfica / por John D. Winter. p. cm. Incluye referencias bibliogrficas e indice. ISBN 0-13-240342-0 1. rocas, gneas. 2. Rocas, Metamrfica. I. Ttulo.

QE461 .W735 2001 552'.l-dc21

00-049196

Editor principal: Patrick Lynch Gerente senior de marketing: Christine Henry Editor de Produccin: Composicin Pino Asistente de jefe de redaccin: Bet Sturla Director artstico: Jayne Conte Cubra el diseo: Bruce Kenselaar Foto de portada: Kennan Harvey Gerente de Manufactura: Trudy Pisciotti Comprador Fabricacin: Michael Bell Asistente de editor: Amanda Griffith Acerca de la portada: Monte Waddington es un agmatite neta de pasta. Marginal de granito, este consiste en el country rock metamorphed atravesado por vetas grantico.

2001 Prentice-Hall Inc. Upper Saddle River, Nueva Jersey 07458

Todos los derechos reservados. Ninguna parte de este libro puede ser reproducido, en cualquier forma o por cualquier medio sin el permiso por escrito del editor. Impreso en los Estados Unidos de Amrica 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

ISBN 0-13-21 * 03142-0

Prentice-Hall International (UK) Limited, Londres Prentice-Hall de Australia Pty. Limited, Sydney Prentice-Hall Canada Inc., Toronto Prentice-Hall Hispanoamericana, S. A., Mxico Prentice-Hall de la India Privada Limitada, Nueva Delhi Prentice-Hall of Japan, Inc., Tokio Pearson Educacin Asia Pte. Ltd. Editora Prentice-Hall do Brasil, Lda., Rio de Janeiro

Este esfuerzo est dedicado a la facultad y mi compaero de posgrado estudiantes de la Universidad de Washington en la dcada de 1970. Hicieron geologa interesante, ya menudo francamente divertido.

Tambin est dedicado a mi esposa, Deborah, y todas las familias privados por los que intentan escribir un libro.

Breves Cesta

Prefacio

Parte I

xvii

gnea Petrology1 Captulo 1Algunas Concepts2 Fundamental Captulo 2Classification y Nomenclatura de gnea Rocks17 ChaptersTextures de gnea Rocks27 Captulo Estructuras 4Igneous y Campo Relationships46 Captulo 5AN Introduccin a Thermodynamics75 Fase Regla y Uno-e ChaptersThe dos componentes Systems84 Captulo 7Systems con ms de dos Components105 Captulo 8Chemical Petrologa I: Mayor y Menor Elements128 Captulo 9Chemical Petrologa II: Elementos Traza y Isotopes155 Captulo 10 Generacin de Basltica Magmas181 Captulo 11 La diversificacin de Magmas200 Captulo 12 Capas mficos Intrusions219 Captulo 13 de mitad de Ocean Ridge Volcanism242 Captulo 14 Oceanic intraplaca Volcanism260 Captulo 15 Continental Flood Basalts277 Captulo 16 La subduccin relacionados gnea Actividad Parte I: Isla Arcs293 Captulo 17 La subduccin relacionados gnea Actividad Parte II: Continental Arcs 316 Captulo 18 granticas Rocks343 Captulo 19 Continental alcalina Magmatism362 Captulo 20 Anorthosites401

Metamrfica Petrology409 Captulo 21 Una introduccin a Metamorphism410 Captulo 22 A Clasificacin de metamrfica Rocks433 Captulo 23 Estructuras y texturas de metamrfica Rocks440 Captulo 24 asociaciones minerales estables en metamrfica Rocks477 Captulo 25 metamrficas de facies y metamorfoseado mficos Rocks496 Captulo 26 metamrfica Reactions513 Captulo 27 Termodinmica de metamrfica Reactions535 Captulo 28 El metamorfismo de peltico Sediments.562 Captulo 29 El metamorfismo de calizas y ultramficas Rocks586 Captulo 30 metamrficas Fluidos, Transporte Masivo y Metasomatism606 Apndice A: Unidades y constantes Apndice B: Abreviaturas y acrnimos Apndice C: El CIPW Norma Referencias 581

Parte II

VI

Contenido

Prefacio

YO Petrologa gnea

Captulo 1

xvii Parte

1

Algunos Conceptos Fundamentales 2

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7

INTRODUCCIN2 ViviendaCasa 4 de la Tierra Origen del Sistema Solar y el Earth6 La diferenciacin de la Earth7 Cmo sabemos todo esto? 8 Meteorites10 Las variaciones de presin y temperatura con la profundidad 1.7.1 La presin Gradient12 1.7.2 La temperatura Gradient13 1.8 Magma generacin en el Earth14 Sugiri adems Readings15

Capitulo 2 Clasificacin y nomenclatura de las rocas gneas

12

17

Introduction17 Composicional Terms17 La UICG Classification18 2.3.1 Clculos y Plotting18 2.3.2 fanerticas Rocks21 2.3.3 Modificacin Terms22 2.3.4 mficas y ultramficas Rocks22 2.4 afantica Rocks22 2.5 piroclstico Rocks25 Sugiri adems Readings26

Captulo 3 Las texturas de las rocas gneas 27

2.1 2.2 2.3

3.1 Texturas Primaria (Crystal / Melt Interacciones) 27 3.1.1Rates de nucleacin, crecimiento y difusin 28 3.1.2Nucleation en Preferred Sites29 3.1.3Compositional Zoning31 3.1.4Crystallization Sequence32 Reaccin 3.1.5Magmatic y Resorption34

VII

viii Contenido

Movimiento 3.1.6Differential de Cristales y Melt 3.1.7Cumulate Textures34 3.1.8Primary Twinning35 3.1.9Volcanic Textures36 3.1.10 piroclstico Textures38 Texturas secundarios: Post-magmtica Changes38 3.2.1Polymorphic Transformation39 3.2.2Secondary Twinning40 3.2.3Exsolution40 Reacciones 3.2.4Secondary y Replacement41 3.2.5Deformation45 Glosario de Trminos gnea texturales

45

46

34

3.2

3.3 45 Lecturas sugeridas

Captulo 4 Estructuras gneas y relaciones de campo

4.1

4.2

4.3 72 Lecturas sugeridas

Captulo 5

Extrusivas o volcnicas, procesos, productos y Landforms46 4.1.1Properties de Magma y eruptiva Styles46 4.1.2Central Vent Landforms48 4.1.3Fissure Eruptions52 4.1.4Lava Flow Features53 4.1.5Pyroclastic Deposits56 Intrusivas o plutnicas, Procesos y Bodies59 4.2.1Tabular intrusiva Bodies59 4.2.2Non-tabular intrusiva Bodies62 Relaciones 4.2.3Contact de Plutons64 4.2.4Timing de Intrusion66 4.2.5Depth de Intrusion66 Inyeccin 4.2.6Multiple y por zonas Plutons68 4.2.7The Proceso de Magma Auge y Emplazamiento, y la "Sala Problema "68 Sistemas hidrotermales

73

75 Introduccin a la Termodinmica

5.1 5.2 5.3

5.4

Energy75 Libre de Gibbs Energy76 Energa libre de Gibbs para un Phase77 5.3.1Variations en la energa libre de Gibbs de una fase con La presin y la temperatura 78 Energa libre de Gibbs para un Reaction79 5.4.1Variation en la energa libre de Gibbs de reaccin con la presin y la Temperature80 5.4.2The Equilibrio State81 5.4.3Thermodynamic Evaluacin de los diagramas de fase

83 82 Lecturas sugeridas Problems83

Captulo 6 La regla de las fases y de uno y dos componentes de sistemas

6.1 6.2 6.3 6.4

Introduccin: Comportamiento de fusin de magmas Naturales Fase de Equilibrio y el Rule86 Fase La aplicacin de la regla de las fases para el Sistema de H2O De un solo componente Systems90

84

84

87

Contenido

De dos componentes (binario) Systems92 6.5.1 Sistemas Binarios con solucin slida completa 6.5.2 binario Eutectic Systems95 6.5.3 binario peritctica Systems98 6.5.4 El feldespato alcalino System102 Sugiri adems Readings104 Problems104

Captulo 7 Los sistemas con ms de dos componentes

7.1

105

6.5 92

ix

De tres componentes (ternario) Systems105 7.1.1 ternario eutctico Systems105 7.1.2 ternario peritctica Systems109 7.1.3 Sistemas ternario con Solution110 Slido 7.2 Los sistemas con ms de tres Components115 7.3 Reaccin Series117 7.4 Los efectos de la presin sobre Melting Behavior119 7.5 Efectos de Fluidos en Melting Behavior120 7.5.1 Los efectos de H2O120 7.5.2 Los efectos de CO2126 Sugiri adems Readings127 Problems127

Captulos Qumica Petrologa I: Mayor y Menor Elementos

8.1 8.2 8.3 8.4 8.5

128

Analtica Methods128 Analtica Results132 Mayores y Menores Elementos en el Crust133 Normativa Minerals135 Variacin Diagrams136 8.5.1 bivariado Plots136 8.5.2 Las parcelas triangulares: La AFM Diagram140 8.6 Uso de diagramas de variacin al modelo magmtica Evolution140 8.6.1 Razones Pearce Element (PER) 140 8.6.2 Modelos Grficos y matemticos de la evolucin magmtica 8.7 Magma Series146 Sugiri adems Readings151 Problems152

Captulo 9 Qumica Petrologa II: Elementos Traza e Istopos

9.1 9.2

155

142

Elemento Distribution155 Modelos para Solid-Melt Processes157 9.2.1Batch Melting157 9.2.2 Rayleigh Fractionation160 9.3 La elementos de tierras raras: Un Grupo Especial de Rastreo Elements160 9.4 Araa Diagrams163 9.5 Aplicacin de oligoelementos para gnea Systems164 9.6 Criterios geoqumicos para discriminar entre tectnicas Ambientes 9.7 Isotopes167 9.7.1 Stable Isotopes168 9.7.2 radiactivo y radiognica Isotopes169 Sugiri adems Readings178 Problems179

166

Contenido

Captulo 10 Generacin de magmas baslticos

10.1 10.2

181

Petrologa de la Mantle182 Fusin de la Mantle185 10.2.1 El aumento de la Temperature185 10.2.2 La reduccin de la Pressure186 10.2.3 Adicin Volatiles186 10.2.4 Un breve resumen de Manto Melting188 10.3 Generacin de basaltos de un manto uniforme Qumicamente 10.4 Magmas192 Primaria 10.5 Un qumicamente heterogneo Manto Model194 Sugiri adems Readings198

Captulo 11 La diversificacin de los magmas

11.1 11.2

200

189

11.3 11.4 11.5 214 11.6 Mixta Processes217 Asociaciones 11.7 tectnico-gneas Sugiri adems Readings218 Problems218

Captulo 12 Capas mficos Intrusiones

12.1 12.2

219

Parcial Melting200 Magmtica Differentiation202 11.2.1 fraccional Crystallization202 11.2.2 Transport207 voltil 11.2.3 Liquid Immiscibility208 Magma Mixing210 Assimilation211 Capas lmite, In Situ cristalizacin, y composicional de conveccin

218

12.3 232

gnea Layering219 Ejemplos de Capas mficos Intrusions221 12.2.1 El Bushveld Complex221 12.2.2 El StiIIwater Complex225 12.2.3 El Skaergard Intrusion228 Los procesos de cristalizacin, la diferenciacin y estratificacin en LMIs

12.3.1 Crystal Settling233 12.3.2 Recarga y Magma Mixing233 12.3.3 Oscilaciones Across the Cotectic234 12.3.4 Compaction234 12.3.5 In Situ Cristalizacin y Convection234 12.3.6 Preferred nucleacin y Crystallization236 12.3.7 Densidad Currents236 12.3.8 Combinada Processes239 12.4 Conclusion241 Sugiri adems Readings241

Captulo 13 Mediados de Ocean Ridge Vulcanismo 242

13.1 El vulcanismo en Boundaries242 Plate Constructiva 13.2 El Mid-Ocean Ridges242 13.3 Estructura de la corteza ocenica y el Alto Mantle245 13.4 MORB Petrografa y el mayor elemento Chemistry247 13.5 MORB de elementos traza y Istopos Chemistry251 13.6 Petrognesis de Mid-Ocean Ridge Basalts253 Sugiri adems Readings259 Problems259

Contenido

Captulo 14 Oceanic intraplaca Vulcanismo

14.1 14.2 14.3 14.4 14.5

260

Intraplaca volcnica Activity260 Tipos de OIB Magmas262 OIB Petrografa y el mayor elemento de Qumica OIB oligoelementos Chemistry267 OIB Istopos Chemistry269 14.5.1 Isotopes269 Sr y Nd 14.5.2 Pb Isotopes270 14.6 PetrogenesisofOIBs274 Sugiri adems Readings276

Captulo 15 Continental basaltos de inundacin

15.1 15.2

277

263

El marco tectnico de CFBs277 El ro Columbia Basalts279 15.2.1 El ajuste del ro Columbia Basalto Group279 15.2.2 CRBG Petrografa y el mayor elemento Chemistry281 15.2.3 CRBG oligoelementos Chemistry282 15.2.4 CRBG Istopos Chemistry285 15.2.5 Petrognesis del ro Columbia Basalts286 15.3 Otros Flood Continental Basalto Provinces288 15.4 Petrognesis de Continental Flood Basalts290 Sugiri adems Readings292

Captulo 16 La subduccin relacionados gnea Actividad Parte I: arcos de islas

16.1 Arco Isla Volcanism294 16.2 Rocas Isla arco volcnico y Magma Series296 16.3 Mayor Elemento Qumica de la Isla Arcs298 16.4 variaciones espaciales y temporales en Isla Arcs302 16.5 Petrografa de Arco Isla Volcanics302 16.6 Arco Isla de elementos traza Geochemistry304 16.7 Arco Isla Isotopes307 16.8 Petrognesis de Arco Isla magmas 309 Sugiri adems Readings315

Captulo 17 La subduccin relacionados gnea Actividad Parte II: Continental Arcs

17.1 17.2 Introduction316 El volcnica Andes del Sur America317 1 7.2.1Petrology y Geoqumica de la Andina Volcanics318 17.2.2Petrogenesis de Andina volcnica Rocks323 17.3 Las Cascadas del Oeste de los Estados States326 17.4 Cinturones plutnicas de Continental Arcs330 17.4.1 Geoqumica de la Costera Batolito peruano 17.4.2 Volcnica / Plutonic Equivalence335 17.4.3 Al otro lado del Eje Batolito Variations336 17.5 Petrognesis de Continental Arco Magmas340 Sugiri adems Readings342

Captulo 18 Las rocas granticas

18.1 18.2 18.3

343

316

293

333

Petrografa de Granitoids343 Granitoide Chemistry345 Crustal Melting346

xii Contenido

Granitoide Classification349 18.4.1 La Clasificacin SIAM de Granitoids350 18.4.2 A Clasificacin de Granitoides Basado en el ambiente tectnico 352 18.5 Qumica Discriminacin de tectnica Granitoids358 18.6 El papel del Manto en granticas Genesis359 18.7 Origen de la Crust360 Continental 18.8 Conclusion361 Lecturas sugeridas 361

Captulo 19 Continental alcalina magmatismo

19.1

362

18.4

Continental Rift asociada alcalina Magmatism364 19.1.1 The East African Rift System364 19.1.2 Magma Serie del Rift365 frica Oriental 19.1.3 Qumica de la East African Rift Volcanics366 19.1.4 isotpicos y Elemento vestigial Caractersticas del Rift de frica Oriental Magmas366 19.1.5 Manto Enriquecimiento y la heterogeneidad Debajo del frica Oriental Rift369 19.1.6 Tendencias en East African Rift Magmatism371 19.1.7 Magma Evolucin en el Rift371 frica Oriental 19.1.8 Un modelo para frica Oriental del Rift Magmatism373 19.2 Carbonatites375 19.2.1 Clasificacin carbonatita y Mineralogy375 19.2.2 carbonatita Occurrences375 19.2.3 Caractersticas de campo de Carbonatites376 19.2.4 carbonatita Chemistry378 19.2.5 El origen de Carbonatites378 19.2.6 El Natrocarbonatite Problem385 19.2.7 La fuente de voltiles en el Mantle386 19.3 altamente potsica Rocks386 19.3.1 Lamproites387 19.3.2 Lamprophyres390 19.3.3 Kimberlites392 19.4 Manto metasomatismo y Manto Xenoliths398 Sugiri adems Readings399

Captulo 20 Anortositas

20.1

401

Arcaico Anorthosites401 20.1.1 Petrologa y Geoqumica de Arcaico Anorthosites401 20.1.2 El lquido de Padres de Arcaico Anorthosites403 20.1.3 Petrognesis del Arcaico Anorthosites403 20.2 Proterozoico Anorthosites403 20.2.1 Petrologa y Geoqumica de Proterozoico anortositas 404 20.2.2 El lquido de Padres de Proterozoico Anorthosites405 20.2.3 Petrognesis de Proterozoico anortosita Massifs405 20.3 Lunar Anorthosites406 Lecturas sugeridas 407

Parte II Metamrfica Petrologa

Captulo 21

409

410 Una introduccin al metamorfismo

21.1 21.2

Los lmites de la Metamorphism410 Agentes metamrficas y Changes412 21.2.1Temperature412

Contenido

21.2.2 Pressure413 21.2.3 Deviatoric Stress414 21.2.4 metamrfica Fluids415 21.3 Los tipos de Metamorphism417 21.3.1Contact Metamorphism418 21.3.2 regional Metamorphism421 21.3.3 Fault-Zone e Impacto Metamorphism421 21.4 El progresivo Naturaleza de Metamorphism421 21.5 Tipos de Protolith422 21.6 Algunos ejemplos de Metamorphism422 21.6.1 orognica Regional de metamorfismo del escocs Highlands423 21.6.2 El metamorfismo Entierro Regional, Otago, Nueva Zealand425 21.6.3 emparejados orognica metamrficas Cinturones de Japan427 21.6.4 metamorfismo de contacto de peltico Rocas en el Skiddaw Aureole, Estados Kingdom428 21.6.5 metamorfismo de contacto y Formacin skarn en Crestmore, California, USA430 Sugiri adems Readings432

Captulo 22 Una clasificacin de las rocas metamrficas 433

22.1 Foliada y Lineated Rocks433 22.2 No Foliada y no Lineated Rocks435 22.3 especfico roca metamrfica Types435 22.4 Modificacin Adicional Terms435 22.5 de alta Strain Rocks436 Sugiri adems Readings439

Captulo 23 Estructuras y texturas de las rocas metamrficas

23.1 23.2 23.3

440

Los procesos de deformacin, Recuperacin y Recrystallization440 Las texturas de Contacto Metamorphism445 De alta Strain metamrficas Texturas 449 23.3.1Shear Sense Indicators451 23.4 regional orognica metamrfica Textures453 23.4.1 tectonitas, Foliaciones y Lineations454 23.4.2 Mecanismos de tectonite Development456 23.4.3 Gneissose Estructura y Layers458 23.4.4 Otros regional metamrfica Textures460 23.4.5 Deformacin vs. metamrfica Mineral Growth460 Anlisis 23.4.6 de Polydeformed y Polymetamorphosed Rocks 467 23.5 Inclusions471 cristalogrficamente Controlado 23.6 Texturas repuesto y Rims472 Reaccin Sugiri adems Readings476

Captulo 24 Estable asociaciones minerales en las rocas metamrficas

24.1 24.2 24.3

477

Equilibrio Mineral Assemblages477 La regla de las fases en metamrfica Systems478 Chemographic Diagrams481 24.3.1 Diagramas Chemographic comunes de rocas metamrficas 483 24.3.2 Las proyecciones en Chemographic Diagrams487 24.3.3 J. B. Thompson AKFM Diagram491 24.3.4 Eleccin del Diagrama de compatibilidad apropiada

495 493 Lecturas sugeridas

xiv Contenido

Captulo 25 Metamrficas de facies y metamorfoseado mficos rocas

25.1 25.2 25.3

496

Metamrfica Facies496 Facies Series499 El metamorfismo de mficos Rocks500 25.3.1 mficos Assemblages en Baja Grades501 25.3.2 mficos Assemblages del Medio P / URBANA: Creenschist, Amphibo lite y granulita Facies502 25.3.3 mficos Ensamblajes de la Baja P / T Serie: Albita-Epidota Hornfels, Hornblenda, piroxeno Hornfels Hornfels y sanidinite Facies506 25.3.4 mficos Assemblages del P / T Serie Alta: blueschist y eclogita Facies506 25.4 Presin-Temperatura-Tiempo (P-T-t) Paths508 Sugiri adems Readings512

Captulo 26 Reacciones metamrficas

26.1 26.2 26.3 26.4 26.5 26.6 26.7 26.8 26.9 26.10

513

Fase Transformations513 Exsolution Reactions515 Slido Slido Reactions515 Net-Transferencia DevolatiIization Reactions515 Continuo Reactions521 Intercambio Inico Reactions522 xido / reduccin Reactions523 Reacciones que implican Disueltos Species524 Reacciones y Chemographics: Un geomtrica Approach524 Diagramas de fase para sistemas multicomponentes que involucrar a varios Reactions526 26.11 petrogenticos Grids530 26.12 Mecanismos de Reaccin 531 Sugiri adems Readings533 Problems534

La termodinmica de las reacciones metamrficas

27.1

535 Captulo 27

El clculo de la ubicacin de una reaccin de equilibrio Curva en una fase Diagram535 27.2 Gas Phases537 27.3 composicional Variation538 27.4 Geothermobarometry543 27.4.1 El granate-biotita Cambio Geothermometer544 27.4.2 El GASP continua Net-Transfer Geobarometer548 27.4.3 Aplicacin de Geotermobarometra a Rocks549 27.4.4 Clculo P-T-t Caminos de Zonal Crystals552 27.4.5 Fuentes de error en Geothermobarometry553 27.4.6 Precisin y exactitud en Geothermobarometry555 27.5 Fuentes de datos y Programs559 Sugiri adems Readings559 Problems560

Captulo 28 El metamorfismo de peltico Sedimentos.

28.1 28.2

562

563 Diagnesis y bajo grado de metamorfismo Pelites562 Medio P / T metamorfismo de pelitas: La Secuencia Barrovian 28.2.1 El clorito Zone563 28.2.2 El Biotita Zone564

Contenido

28.2.3 El Granate Zone567 28.2.4 El Estaurolita Zone569 28.2.5 El Cianita Zone573 28.2.6 El Sillimanita Zone574 28.2.7 Cambios Above the Cianita -> Sillimanita Isograd Low P / T metamorfismo de Pelites575 Fusin parcial de Metapelites579 Migmatites581 Alta P / T metamorfismo de pelitas

584

xv

574 28.3 28.4 28.5 28.6 582 Lecturas sugeridas Problems584

Captulo 29 El metamorfismo de calizas y rocas ultrabsicas

29.1

586

El metamorfismo de calizas Rocks586 29.1.1 metamorfismo de contacto de silcea Dolostones587 29.1.2 Regional de metamorfismo de silcea Dolostones593 29.1.3 La infiltracin de lquido en Clcico Rocks594 29.1.4 El metamorfismo de calcosilicatadas Rocks596 29.2 El metamorfismo de ultramficas Rocks599 29.2.1 Regional de metamorfismo de ultramficas Rocas en el CMS-H System599 29.2.2 el efecto de otros Components603 29.2.3. El efecto de CO2 603 Lecturas sugeridas 605 Problems605

Captulo 30 Metamrficas Fluidos, Transporte Masivo y metasomatismo

30.1

606

Metamrfica Fluids606 30.1.1 La naturaleza del metamrfica Fluids607 30.1.2 El papel de Fluidos en Metamorphism610 30.2 Metasomatism611 30.2.1 metasomticos Processes611 30.2.2 J. B. Thompson metasomticos Column614 30.2.3 cambios asociados con Metasomatism619 30.3.1 Ejemplos de metasomatismo: Ultramafics622 30.3.2 Ejemplos de metasomatismo: calcreo Skarns627 30.3.3 Modelos cuantitativos y Experimentos de Metasomatism634 Sugiri adems Readings635

Apndice: El CIPW Norma

636 Referencias

687

644 ndice

Prefacio Este texto est diseado para su uso en pregrado avanzada o cursos de postgrado tempranas en rocas gneas y metamrficas petrologa. El libro es lo suficientemente extensa para ser utilizado en cursos gneas y metamrficas separados, pero lo uso para un curso combinado de un semestre mediante la seleccin de los captulos disponibles. La naturaleza del investiga- geolgica gaciones ha configurado en gran medida el enfoque que sigo. Geologa es a menudo plagado por el problema de la inaccesibilidad bilidad. Observadores geolgicos realmente ver slo una pequea fraccin cin de las rocas que componen la Tierra. Uplift y erosin expone algunas rocas profundas, mientras que TRARIO res se entregan como xenolitos de magma, pero su exacta lugar de origen es vago en el mejor. Como resultado, una gran pro- parte de nuestra informacin sobre la Tierra es indirecta, procedente de masas fundidas de material del subsuelo, geofsicos estudios o experimentos realizados en temperatura elevada turas y presiones. El problema de la falta de acceso tiene un aspecto temporal tambin. La mayora de los procesos de la Tierra son extremadamente lento. Como un resultado, rara vez bendecidos con la oportunidad de ob- sirviendo incluso procesos de la superficie en las tarifas que se pres- mismos a la interpretacin listo (vulcanismo es una rara excepcin para petrlogos). En la mayora de las otras ciencias, THE- ories pueden ser probados por la experiencia. En geologa, por regla general, nuestro experimento ha funcionado a su estado actual y es impo- ble para reproducirse. Nuestra tcnica comn es observar los resultados e inferir cul fue el experimento. La mayora de nuestro trabajo es, pues, inferencial y deductivo. Ms bien que siendo rechazado por este aspecto de nuestro trabajo, que yo ms creo gelogos se sienten atrados por ella. La naturaleza de cmo se practica la geologa ha cambiado dramticamente en los ltimos aos. Los primeros gelogos trabajaron estrictamente en el de- manera observacional y deductivo descrito anteriormente. El cuerpo de los conocimientos resultantes de la acumulacin minucioso de los datos observables con el a simple vista o con el microscopio de luz es impresionante, y la mayora de las teoras sobre cmo funciona la Tierra que fueron desarrollados por la mitad del siglo 20 todava estn considerado hoy vlido, al menos en trminos generales. Moderno

tecnologa de la posguerra, los gelogos no obstante, ha proporcionado los medios para estudiar la Tierra usando tcnicas de frontera remado de nuestros colegas en los campos de la fsica y la quimica. Hemos mapeado y se tomaron muestras tanto de la cuencas ocenicas; hemos sondeado el manto utilizando variaciones en la gravedad y las ondas ssmicas; podemos realizar qumica anlisis de rocas y minerales de forma rpida y con alta pre- cisin; tambin podemos estudiar especmenes naturales y sintticos a temperaturas y presiones elevadas en el laboratorio aproximar las condiciones en las que muchas rocas formado dentro de la Tierra. Estas y otras tcnicas, combinado con los modelos tericos y potencia de clculo, han abierto nuevas reas de investigacin y han permitido que aprendamos ms acerca de los materiales y procesos de la Interior de la Tierra. Estas tcnicas modernas han sido in- instrumental en el desarrollo de la placa tectnica teora, el paradigma que gua abarca mucho presente ge- pensamiento ologic. Dadas las limitaciones de la inaccesibilidad se mencion anteriormente, es impresionante lo mucho que tenemos aprendido sobre nuestro planeta. Petrologa moderna, porque aborda los procesos que se producen ocultas a la vista de profundidad dentro de la Tierra, deben depender en gran medida de los datos que no sean la simple observacin. En las pginas que siguen, tratar de explicar el las tcnicas empleadas, y las ideas resultantes que pro- vide en la creacin de la gnea y metamrfica rocas ahora se encuentran en la superficie de la Tierra. El lector deben ser conscientes, sin embargo, que los resultados de nuestra inves- tigaciones, sin embargo impresionante y consistente que puede aparecer, todava se basan en gran parte en pruebas indirectas y el razonamiento inferencial. Estoy seguro que los muchos re- investigadores cuyo trabajo meticuloso revisaremos lo hara unirse a m para instar a un escepticismo sano para que no nos convertimos demasiado dogmtico en nuestra perspectiva. Las ideas y las teoras son siempre en un estado de flujo. Muchas de las ideas de hoy puede ser maana descartado como nueva informacin est disponible Ideas capaces y / u otros toman su lugar. Ciertamente a gasolina ga no est exento de este proceso. Si es as, sera mucho demasiado aburrido seguir.

XVll

pie

Prefacio

El trmino petrologa viene del griego petra (Roca) y logos (Explicacin), y significa el estudio de rocas y los procesos que los producen. Tal estudio Incluye la descripcin y clasificacin de rocas, as como la interpretacin de su origen. Petrologa se subdivide en el estudio de los tres principales tipos de rocas: sedimentarias tario, gneas y metamrficas. En el pregrado nivel en la mayora de colegios y universidades, sedimentarias petrologa se ensea como un curso separado, por lo general con estratigrafa. gneas y metamrficas son petrologa comnmente combinado, debido a la similitud de enfoque y los principios involucrados. Tengo la intencin de este libro, ya sea para un curso combinado gneas / metamrficas o dos por separado queridos. En aras de la brevedad, voy a partir de ahora utilizar el trmino "petrologa" para significar el estudio de rocas gneas y meta- mrficos rocas y procesos. Espero no ofender sedimentos petrlogos mentarios por esto, pero probara gravosa para volver a dibujar continuamente la distincin. Me concentrar en los procesos y principios in- implicados en la generacin de gneas y metamrficas rocas, ms que moran en las listas de datos que debern miembros zaste. Ciertamente hechos son importantes (despus de todo, que com- representar los datos en que se basan las interpretaciones), pero cuando los estudiantes se concentran en la procesos de geol- ga, y los procesos por los cuales les investigamos, que obtienen una comprensin ms profunda, ms duradera conocimiento borde, y desarrollar habilidades que resultarn valiosas all el saln de clases. Como se mencion anteriormente, petrologa moderna toma prestado en gran medida de los campos de la qumica y la fsica. Ciertamente, el estudiante que toma un curso petrologa debe tener com- completaron un ao de la qumica, y por lo menos la secundaria la fsica. Clculo, tambin ayudara, pero no es necesario. Algunos estudiantes, que fueron atrados a la geologa de su campo parcialidad, estn inicialmente desanime por la sustancia qumica ms riguroso y el aspecto terico de petrologa. Tengo la intencin de este texto para dar a los estudiantes una cierta exposicin a la aplicacin de CHEM- principios cos y fsicos a los problemas geolgicos, y Espero que algo de prctica les dar confianza en utilizando tcnicas cuantitativas. Al mismo tiempo, no lo hago querer lo carga a los que pierden la perspectiva que se trata de un curso de geologa, no la qumica, la fsica, o ciencias de la computacin. Debemos tener en cuenta que la Tierra s es el verdadero campo de pruebas para todas las ideas que tratamos junto con. Incluso los ms elegantes modelos, teoras, y ex- resultados experimentales, si no se manifiesta en las rocas en el campo, son intiles (y probablemente equivocado tambin). Todos los libros de texto deben equilibrar la brevedad, la amplitud y profundidad. Libros enteros se dedican a temas tales como termodinmica, oligoelementos, istopos, basaltos, o los sujetos incluso especializados como kimberlitas, lamprotas, o metasomatism manto. Cuando destilar este mar de dura dom a un nivel introductorio o encuesta, grandes cantidades

cionado. Cada uno tenemos nuestras propias reas de inters, lo que resulta en una cobertura un poco sesgada. Para aquellos que se oponen a la cobertura de la luz que le doy a algunos temas y mi el exceso en los dems, me disculpo. La cobertura aqu no pretende reemplazar las clases ms especializadas y niveles ms profundos de consulta para aquellos de proceder a gradual- estudios luar en petrologa. No hay ningn intento de desarrollar tcnicas tericas, como la termodinmica o rastro elementos de primeros principios. Ms bien, lo suficientemente Back- Se da terreno para un grado de competencia con el uso de las tcnicas, pero la direccin es claramente hacia la aplicacin de cationes. Ganamos desde nuestra perspectiva ms general un amplia visin de la Tierra como un sistema dinmico que produce una variedad de rocas gneas y metamrficas en una amplia gama de ajustes. No slo a aprender acerca de estas diversas configuraciones y los procesos que operan ah, pero vamos a desarrollar las habilidades necesarias para eva- comimos y entenderlos. Una vez ms, os exhorto a ser crtico a medida que avanza a travs de este texto. Pregntese si las pruebas presentadas para apoyar una afirmacin es ade- cuada. Este texto es diferente de los textos slo 10 aos de edad. Todos nosotros podramos preguntarnos qu interpretaciones cambiarn en un texto publicado dentro de 10 aos. Siguiendo el enfoque tradicional, he dividido el reservar en una seccin gnea y una seccin metamrfica. Cada uno comienza con un captulo introductorio, seguido por una captulo sobre la descripcin y clasificacin de los de Crditos tipos de rocas adecuadas y un captulo sobre el desarrollo y la interpretacin de texturas. Los captulos sobre la clasificacin y texturas estn destinados como un suplemento de laboratorio, y no para la conferencia-debate. He tratado de explicar la mayora de los trminos petrolgicos como se presentan, pero se quiere invariablemente correr a travs de los trminos con los cuales usted es unfamil- iar. Normalmente me pongo un nuevo trmino en audaz tipo de letra. Si vos olvidar un plazo, por lo general se puede encontrar en el ndice, sino un diccionario de trminos geolgicos es tambin un buen compaero. El reverso de la portada se enumeran las abreviaturas y minerales siglas que habitualmente utilizo. Captulo 4 es una revisin de las relaciones de campo de ig- rocas neos. Es relativamente simple y destinado a apoyar ejercer un fondo de los conceptos ms detallados a sigue a. Los estudiantes pueden simplemente leer por su cuenta. Cap- tros 5 a 9 son los captulos ms intensivos, en la que Puedo desarrollar los conceptos tericos y qumicas que lo har sera necesario para estudiar los sistemas gneas. En el momento en que muchos los estudiantes a alcanzar el Captulo 9 pueden temer que se encuentren en el camino equivocado, o peor an, el principal mal! Afortunada- cosas Nately ralentizan despus de esto, y se orientan ms hacia la aplicacin de las tcnicas a rocas reales. Cap-

Prefacio XIX

cursos tienen el tiempo para explorar todo el ciacin gnea ciaciones recogidos en los captulos 12 a 20, y los instructores comnmente elegir entre sus favoritos. Los estudiantes pueden explorar los otros por su cuenta, o se refieren a ellos ms tarde si surge la necesidad. Tambin se puede obtener una opinin decente de estos captulos de la lectura de la seccin final de cada uno, que dis- cusses un modelo petrogentica. Los modelos, sin embargo, son basan en el petrolgico y datos qumicos desarrollados en este captulo, por lo que muchas de las conclusiones tendrn que deben tomarse en la fe. Yo enseo una mineraloga-a gasolina de un ao secuencia ga, y han visto la conveniencia de cubrir Captulos 5, 6 y 7 (que pueden considerarse transicin cional entre la mineraloga y petrologa) en la cada de mineraloga, dejando ms tiempo para hacer petrologa durante el segundo semestre. La seccin metamrfica es ms corta que la gnea seccin, porque no hay tantos tectnico especfico asociaciones. El enfoque que sigo es considerar meta- mrficos rocas como sistemas qumicos en equilibrio, mandato ifested como asociaciones minerales estables. El mineral ensamblajes varan tanto espacial como temporalmente debido a variaciones en la presin, temperatura, composicin, y el la naturaleza de los fluidos asociados. Los cambios en la Asamblea mineral Blage son obtenidos mediante reacciones qumicas, y son con- controlado por estas variables antes mencionadas. Cualitativo enfoques para evaluar los equilibrios estn desarrolladas en Captulos 24-26. Captulo 27 aborda el cuantitativo enfoque, usingthermodynamicsand geothermobarom-metra. Los captulos 28 y 29 se aplican el tcnicas a los tipos de roca comn especficos: pelitas, carbonatos y rocas ultramficas. Por ltimo, en el captulo 30 explora metasomatism. Cursos menos rigurosos, o los que a corto plazo de tiempo, puede bajar los captulos 27 y 30 sin hacer los otros captulos incomprensible. A menudo hago referencias en el texto a otras secciones y las cifras que un concepto, enfoque o tcnica se in- introdujo o desarrollada ms plenamente. Estas referencias son la intencin de ayudar al lector, debe ser un concepto ligeramente desconocido, o si se desea ms informacin. Ellos hacen no implica que el lector debe seguir su ejemplo con el fin para entender la discusin que nos ocupa. Para dar a los estudiantes una mejor comprensin de la procesos y principios involucrados, yo hemos integrado un nmero de problemas en el texto. Los problemas son una parte importante del texto, y trabajando a travs de ellos, en lugar de simplemente escaneando ellos, har una enor- mous diferencia en la comprensin del estudiante. La ocurrencia problema casional integrado en la lectura como una "Ejemplo prctico" que se debe hacer en el momento que es en- contrarrestado, ya que est destinado a ilustrar el concepto siendo presentada. Los problemas en el final de un captulo tienen por objeto como la revisin, y para reunir el material discutido en el captulo particular. Los problemas no slo proporcionan una comprensin ms profunda de los principios involucrados, ellos

que los gelogos emplean comnmente. Muchos problemas pueden puede hacer con slo una calculadora de mano, pero la mayora sera hacer ms eficiente con una computadora, y algunos requieren uno. Las hojas de clculo y otros programas informticos permiso nosotros rpidamente para conseguir ms all de la monotona de manejar moderada a grandes cantidades de datos o la creacin de grficos, y en el los aspectos ms interesantes de la interpretacin de los resultados. Los Las capacidad de utilizar una computadora, y en particular una hoja de clculo, es necesario que todos los estudiantes de ciencias. En mi pgina Web (Http://www.whitman.edu/geology/) se puede descargar una serie de archivos para complementar el presente texto. Incluido se una breve introduccin al uso de Excel (Excel.doc, un Documento de Word para Windows). Si usted no est familiarizado con el uso de una hoja de clculo, le sugiero que lea esto y probar el ejercicio tan pronto como sea posible. Tambin en el sitio Web algunos programas y compilaciones de datos para un nmero de los problemas. Otros problemas asumirn que par- programas petrolgicos parti- estn disponibles en un campus computadora. Entre ellas se encuentran las siguientes: IgPet que es un programa para la manipulacin y visualizacin de qumica datos para las rocas gneas; TWQ, THERMOCALC, y SUPCRT que son las bases de datos termodinmicos que Cal- equilibrios minerales Culate a temperaturas elevadas y presiones. THERMOBAROMETRY, calcula la presin Sures y / o temperaturas de equilibrio de mineral composiciones. Una lista de los programas y las in- pertinente formacin para su adquisicin es en el sitio web. De Por supuesto, la ley bsica de ordenadores debe tener en cuenta: Para ser tiles, los datos deben ser representativos, relativamente completa, y de buena calidad. Computadoras puede dar salida diagramas maravillosamente hecho a mano que pueden hacer que incluso mal datos parecen engaosamente bueno. Por ltimo, una palabra sobre las unidades. He utilizado SI (Systeme In- internacional) unidades en todo el texto. Aunque la mayora petrlogos estn ms familiarizados con las caloras y bares para energa y presin, respectivamente, las unidades SI gradual- convirtindose dualmente la norma. Creo que es mejor que usted obtenga su la exposicin a estas unidades lo ms pronto posible, porque yo tener un tiempo horrible con ellos despus de tantos aos pensadores ing en kilobares y caloras. Los clculos son tambin ms fciles, porque las unidades estn estandarizados. La nica desviacin que voy a hacer a partir de la terminologa SI estricta es com- comnmente se refieren a la temperatura en grados Celsius, en vez que en grados Kelvin, pero esto es slo una diferencia con respecto para hacer referencia a, y no la magnitud de las unidades de ellos- mismos. El apndice enumera las unidades y prefijos

XX Prefacio

Si tienes algn comentario, preguntas, correcciones, o sugerencias para futuras ediciones, por favor hgamelo saber. Mi direccin de correo electrnico es winterj@whitman.edu.

AGRADECIMIENTOS

Ningn texto es un esfuerzo individual. Mi ms profundo agradecimiento se dirige a aquellos trabajadores cuyos esfuerzos en el campo y en laboratorio a oratorio he resumido en lo que sigue. Muy Especial gracias a los colegas y estudiantes que han valorado los primeros borradores y errores corregidos o ayudaron a perfeccionar mi pensando en que fue confusa o errnea. Debo ms lo que puedo decir a la generosidad de Bernard Evans, Frank Lanza, Spencer Cotkin, Rick Conrey, John Brady, y Jack Cheney, quien revis partes sustanciales del texto con mucho cuidado y paciencia. Muchas gracias tambin a

colegas que desinteresadamente revisaron y comentaron sobre captulos individuales: Stu McCallum, Roger Mitchell, John Gittins, William Scott, Jack Rice, Barrie Clark, Paul Mohr, Lawford Anderson, Tracy Vallier, Bill Bonnis-chen, y Andrew Wulff. Tambin gracias a Bill Bonnichsen, Universidad de Idaho / Idaho Geolgica Encuesta; Spencer Cotkin, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign; J. T. Cheney, Amherst College; y se Bernard Evans, de la Universidad de Washington por su opinin. Tambin estoy muy agradecido a Amy Kushner y Cora Heid por sus esfuerzos en el manejo de los derechos de autor permisos, un trabajo para alguien ms organizado que yo mismo. John D. Winter

Whitman College

Apndice B: Abreviaturas y acrnimos Mineral abreviaciones (Despus de Kretz, 1983; y Spear, 1993)

Acm

Acto Una B Aln Objetivo Als Amperio Anl Y Se Anuncios Adr Ank Ana Una Atg Ath Ap Arg Agosto Bt Brc Leva Cpx California Chi Calculado Ctl Cen Cfs CZO Coe Crd Crn Crs Semen Di Dol Eck Ed In Ep Fed Fa

acmite

actinolita albita allanite almandina aluminosilicato anfbol analcima andalucita andesina andradita ankerita annite anortita antigorita antofilita apatito aragonito augita biotita brucite Ca-clinoamphibole Ca-clinopiroxeno calcita clorito cloritoide crisotilo clinoenstatite clinoferrosilite Clinozoisita coesita cordierita corundo cristobalita cummingtonite dipsido dolomita eckermanite edenite enstatita (orto) epidota ferro-edenite fayalita

Fac

Fs Fts Fo Grt Ged Ginebra Gr Grs Gru Hs Alta Definicin Dobladillo l Hul Hbl 111 Ilm Jd Parientes Kfs Km Kentucky Laboratorio Lmt Lws Liq o L Lz Mrb Mgs Montana Mrg MRW Me Mtc MNT Sra Ntr Olg 01 Omp Oam O

ferro-actinolita

ferrosilite ferro-Tschermakita forsterita granate gdrite glaucophane grafito grossularite grunerita hastingsite hedenbergita hematites hercinita heulandita hornblenda illita ilmenita jadeta caolinita Feldespato potsico Kornerupina cianita labradorita laumontita lawsonite lquido (fusin de silicato) lizardita magnesio-riebeckite magnesita magnetita margarite merwinite microclino Monticellita montmorillonita moscovita natrolita oligoclasa olivino omphacite orthoamphibole ortoclasa

Opx

Osm Pg Prg Por Fi Pgt La Bandera Prh Pluma Pmp Py Prp Prl Correos Qtz Rbk Rt Sa Spr Srp Scp Sd Sil Sps Spn Spl St Stb Sti Tic Ttn Tr Trd Ts Usp V Ves Wai Wo Wus Zrc Zo

ortopiroxeno

Osumilita paragonita pargasite periclasa phlogopite Pigeonita plagioclasa prehnite protoenstatite pumpellyita pirita piropo pirofilita pirrotita cuarzo riebeckite rutilo sanidina zafirina serpentina escapolita siderita sillimanite espesartina sphene espinela staurolite estilbita stishovita talco titanita tremolita tridimita Tschermakita ulvoespinela vapor / lquido vesuvianita wairakita wollastonita wiistite circn zoisita

EB00062387

Otras abreviaturas y siglas

AA

AFC

AMGC

De absorcin atmica anlisis Asimilacin + fraccional cristalizacin Proterozoico anorthosite- mangerite-charnoquita-granulomatosis Suite magmtico ite Antes de la actualidad Bulk estndar Tierra * Trap Continental Condrita depsito uniforme, un estndar isotpica Columbia River Basalto Grupo Distribucin de tamao de Crystal Zona volcnica central (Andes) Coeficiente de reparto Deformacional sucesiva eventos La desviacin de la linealidad Axial (En MOR) Empobrecido manto f Mineral preferido dimensional orientacin Proyecto de perforacin en alta mar Enriquecido Pb-istopo componente Enriquecido

Mantle1 Enriquecido Este Pacfic Rise Fraccin de masa fundida para slidos Fugacidad de oxgeno wt.% FeO + 0.8998 (Fe2O3) wt.% Fe 2O3 + 1.113 (FeO) Profundidad de subduccin debajo frente volcnico

HIMU HFS HFU

HREE elementos TCP

INAA

La IUGS

K L], L2 ...

LMI LIL LIP LOI LPO

LREE M !, M2 ... MAR MASH

Hi-n, manto (Pb enriquecido) 1 ' Elementos de alta intensidad de campo Unidad de flujo de calor (4,2 x 1CT6 joules / cm2 / seg) De tierras raras pesadas

OIB OIT OSC

P Pco2

Isla del Ocano basalto Ocano isla tholiite superposicin Centro de Difusin (En MOR) Presin La presin parcial de CO2 La presin parcial de H2O Ratios Pearce Element Partes por milln Prevalentes manto * reolgico fusin crtica porcentaje para la extraccin de Elementos de tierras raras Metemorphic sucesiva foliaciones Subcontinental manto litosfrico La IUGS Subcomisin en la sistemtica de Meta- mrficos Rocks Un esquema de clasificacin de granito Std. significa agua del ocano, una estndar de istopos de oxgeno Zona Volcnica Sur

Temperatura de Transicin MS acrnimo de tres letras Tonalitetrondhjemite- Arcaico suite de granodiorita Composicin Anlisis de fluorescencia de rayos X Mximo, intermedio y tensiones principales mnimas

p.eb. EEB CFB CHUR

CRBG CSD CVZ D Dj, D2 ...

Deval

DM DPO

DSDP Dupal

E MS MS EM EPR F fo2 FeO * Fe2O3 * h

Mg # MOR MS N-MORB NHRL

ZVN OIA

De plasma de induccin acopladoPH? O analysisPER Neutronppm Instrumental analysisPREMA activacin Unin Internacional ofRCMP Ciencias Geolgicas ConstantREE Reaccin Metamrficas sucesivos ^ S ^ .. alineaciones IntrusionSCLM mafic Capas A gran ion lithophile elementos Gran provinceSCMR gnea Prdida por ignicin Mineral preferido Entramado orientationSIAM Luz elementsSMOW tierras raras Eventos metamrficos sucesivas Mid-Atlantic RidgeSVZ Fusin de la corteza, la asimilacin, (Andes) almacenamiento y homogen-izacin T por magmas mficos underplated T-MORB 100 Mg / (Mg + Fe2 +) TLA Medio del Ocano RidgeTTG Basalto dorsal ocenica Normal MOREX Referencia hemisferio norte XRF lnea (istopos de Pb) o ~ i A2 A3 Zona volcnica del Norte (Andes) Isla del Ocano basalto alcalino

^ Manto propuesta embalses isotpicas.

Captulo 1

Unos Cuantos Conceptos Fundamentales

En este captulo inicial, voy a generalizar y establecer el escenario para los captulos ms detallados por venir. Despus de una breve in- introduccin a las rocas gneas, voy a tratar de organizar nuestra aproximacin al tema de petrologa gnea. Siguiente, porque magmas son creados por la fusin de material en profundidad, vamos a ver en el ms amplio sentido de la maquillaje y la estructura interna de la Tierra, seguido de un resumen de las teoras actuales sobre cmo lleg a ser as. Por ltimo, vamos a revisar en un sentido muy general, el modo de de ocurrencia de las rocas gneas comunes. Ser supone que usted, el estudiante, est familiarizado con el ms conceptos bsicos, como la distincin entre volcnica, plutnicas y rocas gneas piroclsticos, etc Usted puede desee revisar brevemente el captulo sobre las rocas gneas y procesos en el texto de su geologa introductoria Por supuesto, ya que refrescar la memoria y proporcionar una ini- cial "cuadro grande" a medida que avancemos para refinar las ideas. Re- viendo un captulo sobre la tectnica de placas tambin ayudara a a este respecto.

1.1 INTRODUCCIN

ginebra, o bicarbonato localizada de las rocas de caja, son buenos indicadores de un origen gneo de cuerpos plutnicas. En ad- condicin, hemos llegado a asociar ciertas formas especficas de cuerpos de roca con un origen gneo. Por ejemplo, una strato-volcn, un flujo pahoehoe, un alfizar o lacolito, etc., han llegado a ser asociada con procesos gneos, ya sea por la observacin directa de un evento gnea, o aplicando algunos de los criterios anteriores. Aspectos de campo de rocas gneas se discutir con ms detalle en el captulo 4.

2) criterios de textura. Petrografa es la rama de la petrologa que se ocupa de un examen microscpico de fina secciones, cortadas a partir de muestras de roca y suelo hacia abajo para 0,03 mm de espesor para que transmiten fcilmente la luz. Por Las la observacin de rocas gneas bajo la petrogrfico microscopio, hemos llegado a asociar una especfica enclavamiento textura con la cristalizacin lenta a partir de una derretir (Figura 1-1). Cuando los cristales se estn formando en una fusin de refrigeracin, suelen desarrollar una casi perfecta forma cristalina, como la masa fundida no proporciona ninguna obstruccin a la forma de cristales preferida. A medida que contina la masa fundida a enfriar, y forman ms cristales, que finalmente empiezan a interferir uno con el otro, y intergrow. La resultante enclavamiento textura espectculos cristales interpenetrados, al igual que un rompecabezas. Como se discutir en Captulo 3, el desarrollo relativo de la forma cristalina, in- conclusiones, y la interpenetracin puede comnmente se utiliza para inferir la secuencia en el que diferentes especies minerales

cristales de tallized. El enfriamiento rpido y la solidificacin de una masa fundida pueden resultar en otra textura caracterstica: vidrioso textura. Cuando una fusin se solidifica demasiado rpido para estructuras cristalinas ordenadas a la forma, el resultado es un slido no cristalino, o vidrio. El Vidrio se reconozca fcilmente bajo el microscopio petrogrfico por su carcter ptico isotrpico. Debido a que los lquidos no pueden sostener direccional sustancial tensiones, foliaciones rara vez se desarrollan. Una textura comn criterio para distinguir una gnea de un alto grado roca cristalina metamrfica en muestra de mano es, pues, basado en la textura isotrpico (orientacin aleatoria de

Petrologa gnea es el estudio de masas fundidas (magma) y el rocas que cristalizan de ellos. Origen de cristalizacin cin de una fusin parece un criterio lo suficientemente simple para con- Sidering una roca gnea sea. Pero slo podemos raramente observar la formacin de rocas gneas directamente, y luego slo para algunas lavas superficie. Por tanto, debemos desarrollar un conjunto separado de criterios de observacin para determinar que una roca es de hecho de origen gneo. Tales criterios ser desarrollado ms adelante, pero, a modo de introduccin cin, que incluyen:

1) Criterios de campo. Cuerpos gneos intrusivos comnmente CrossCut las "rocas de pas" en el que se entrometen, truncando con ello las estructuras externas, tales como ropa de cama o foliacin. Tambin pueden mostrar algunos tipos de contacto efectos. Una vez desarrolladas, un estrecho, de grano fino- enfriado margen (O "zona chill") dentro del mer- cuerpo gneo

Algunos Conceptos Fundamentales 3

es exactamente lo que queremos saber. Los tipos de muy preguntas "a grandes rasgos" que esperaramos tener contestadas pueden incluir lo siguiente: Cmo se derrite generada? Lo que se funde, y dnde? Qu es pro- producida por esta fusin? Cmo lo producen las masas fundidas cristalizar a las rocas gneas, y lo procesa acom- Pany esta cristalizacin? De qu manera (s) hacer que el lquido y porciones slidas evolucionan durante el proceso de fusin o cristalizacin? La gran variedad de rocas gneas composiciones encuentran ahora en consecuencia la superficie de la Tierra a partir de diferentes fuentes de masas fundidas, o puede ser atribuido a variaciones en los procesos de fusin y de cristalizacin? Existe una relacin entre el tipo de roca gnea y ambiente tectnico? Si es as, lo que controla esto? Finalmente podramos preguntar, "Qu necesitamos saber para evaluar estos? "En otras palabras, qu antecedentes y AP enfoque necesita una buena petrlogo moderna? Lo hara sugerir los siguientes antecedentes como imperativo:

Figura 1-1Enclavamiento textura en una granodiorita. A Partir De Bard (1986). Copyright por permiso Kluwer Academic Editores res.

cristal alargado) de la primera. Hay que tener cuidado, Sin embargo, al aplicar este criterio, ya que algunos gnea procesos, como la sedimentacin de cristales y el flujo magmtico, puede producir alineaciones minerales y foliaciones en gnea rocas. Piroclstico depsitos (los resultantes de explosivo erupciones) tal vez puede ser el ms difcil de reconocer como gnea. Por lo general, la porcin magmtico ha solidificado y se enfra considerablemente antes de ser depositado a lo largo con una porcin significativa de pulverizado rocas pre-existentes atrapados en la explosin. La deposicin real de materiales piro-clsticos es en gran parte un sedimentaria proceso, y por lo tanto la dificultad de reconocimiento. De hecho existe cierto debate entre los gelogos sobre si pyroclas-tics deben considerarse gnea o sedimentaria. Son gnea en el sentido de que casi todo el material cristaliza en una masa fundida, aunque una proporcin puede haber sido a principios de los depsitos volcnicos. Esta es la parte "piro". Son sedimentaria tambin, en el sentido de que representan partculas slidas depositadas por un medio fluido: aire, o, a veces el agua. Este es el Parte "clstica". Algunos gelogos han sugerido sabiamente que evitemos este debate sin esperanza considerando piroclastos sea gnea subiendo, y sedimentario bajando!

En el captulo 3, discutiremos texturas gneas en ms detalle, incluyendo tanto los observados en muestra de mano, y los vistos en seccin delgada con la ayuda de la petrogrfico microscopio. Al considerar inicialmente el estudio de las rocas gneas y procesos, tal vez deberamos considerar primero lo

1. Un petrlogo necesita experiencia mirando rocas y texturas. Uno no puede empezar a estudiar las rocas sin saber cmo reconocer, describir, o ganicen y analizarlos. 2. Los datos experimentales (de sam sintticos y naturales ples) tambin son necesarias. La mejor forma de entender la generacin y cristalizacin de masas fundidas por recreando estos procesos en el laboratorio, sim ulating las condiciones que se encuentran en la profundidad, y ana lizarla los resultados. 3. Tambin se requiere algo de teora, para que podamos organizar y comprender mejor los resultados experimentales y aplicar los resultados ms all de la compo exacta siciones y condiciones de los experimentos. Un poco de la qumica, incluidos los principales elementos, ele rastro tos, e istopos necesario, como es algunas Ther MoDynamics. Como veremos, estas tcnicas Tambin nos ayudan a caracterizar las rocas y evaluamos regiones de origen y procesos evolutivos. 4. Tambin necesitamos un conocimiento de lo que comprende la Condiciones interiores y fsicas de la Tierra que existir all. Melts se crean ms profundo que nos puede observar directamente. Si queremos saber lo que se funde y cmo, debemos revisar lo que es conocido sobre el interior de la Tierra, y cmo el mandantes y las condiciones varan con tectnica ajuste. 5. Por ltimo, necesitamos un poco de experiencia prctica con actividad gnea. Un estudio basado en la literatura de la rocas gneas ms comunes y procesos en na tura proporcionan un marco para todo lo anterior, y dar una imagen ms completa.

Espero que vamos a adquirir las habilidades necesarias y ex- experiencia en los captulos que siguen. Aunque sera

4 Captulo 1

Corteza

6370

Profundidad (km) tal vez sea preferible desarrollar cada una de las destrezas antes mencionadas secuencialmente, esto no es prctico, y puede ser imposible, a medida que se integran en el proceso cientfico. El estudiante dent obtendr experiencia observacional directa de la clase laboratorios, con la ayuda de los captulos 2 (clasificacin) y 3 (texturas). Captulo 4 est diseado para darle una superficie vey de rocas gneas en su entorno de campo. Esto es en gran parte una revisin de los conceptos fundamentales. Siguiente tengamos alguna THE- ria en los sistemas de fusin, y utilizar esa teora a mirar algunos sistemas experimentales simples. A continuacin se proceder a sistemas naturales complejos ms y el (en gran parte qumica cal) requiere herramientas para su estudio. Finalmente nos embarcaremos a una visin general de las provincias gneas ms comunes y revisar el estado actual de las teoras modernas sobre su desarrollo. Esta ltima parte requerir considerable aplicacin capaz e incluso la amplificacin de la terica habilidades cos que hemos adquirido. En una ms gran escala, gneas, metamrficas y procesos sedimentarios contribuyen a un diferenciada planeta. Procesos gneos son, con mucho, el ms dominante en este sentido, ya que son en gran medida responsables de la segmentacin segrega- de la corteza del manto y del origen de muchos recursos naturales. Se nos beneficiar a todos para mantener esta diferenciacin a gran escala en mente a medida que exploramos la componentes ms centrados en lo que sigue.

los las

Figura 1-2 Mayor subdivisiones de Tierra.

es de aproximadamente 160 continental (Promedio sino que 90 km) y entre los cuales

gnea,

rocas. ocenico boyante cantidad de

5145

Interior Ncleo (Slido)

Ma de edad. Los Las corteza es ms gruesa a unos 36 km, se extiende hasta ms heterognea, toda clase de sedimentaria, y se metamrfica Unlikethe la corteza, es demasiado subduct.The continental

1.2 DEL INTERIOR DE LA TIERRA

Como se mencion anteriormente, prcticamente todas las rocas gneas origina- nate por la fusin de material a cierta profundidad dentro de la Tierra. Todas las rocas terrestres que ahora nos encontramos en el Superficie de la Tierra se derivaron inicialmente desde el manto, aunque algunos han pasado a travs de uno o ms ciclos de posterior sedimentaria, metamrfica, y / o gnea procesos desde entonces. Si estas rocas tienen un origen inicial en profundidad, se deduce que tenemos que saber lo que constituye la Tierra si queremos entender su origen ms plenamente. El interior de la Tierra se divide en tres grandes unidades: la corteza, los las manto, y la ncleo (Figura 1-2). Estas unidades fueron reconocidos hace dcadas, durante el primeros das de la sismologa, desde que fueron separados por principales discontinuidades en las velocidades de las P (compresin-sional) y S(cortante) olas que propagarse a travs de esas capas en la Tierra (figura 1-3). Hay dos tipos bsicos de la corteza: corteza ocenica y se corteza continental. Los Las corteza ocenica es ms delgada

(alrededor 10 kilometros de espesor) y tiene una composicin esencialmente basltico. Vamos a aprender ms acerca de la composicin, estructura y origen de la corteza ocenica en el captulo 13. Debido a que el proceso de la tectnica de placas es la creacin de la corteza ocenica en las dorsales ocenicas, y consumirlo en las zonas de subduccin, la corteza ocenica est siendo continuamente renovado y reciclado. La corteza ocenica ms antigua se encuentra en el suroeste Pacfico y

hasbeen corteza aumentando gradualmente overthepast 4 Ga, principalmente en la forma de masas fundidas derivados del manto. Algunos continental la corteza es, pues, muy antigua, mientras que algunos es bastante nuevo. Ya Est ser mucho ms que decir acerca de la corteza continental a lo largo de este libro. La muy composicin media crudo de la corteza continental sera representado por un granodiorita. La corteza es demasiado delgada para representar en Figura 1-2. Incluso la corteza continental ms gruesa hara ser ms delgada que la lnea superior. Se comprende alrededor 1% del volumen de la Tierra. Inmediatamente debajo de la corteza, y se extiende hasta cerca de 3000 km, es el manto, que comprende aproximadamente 83% de volumen de la Tierra. El lmite o discontinuidad, que transcurre interpolar la corteza y el manto se llama el Moho, o M dis- continuidad (acortado de Mohoroviac, el nombre de la

Algunos Conceptos Fundamentales

Corteza Velocidad (km / s) Litosfera

5000

3000

Profundidad (km)

4000 6000

Uqultt

Las ondas S

Figura 1-3 Variacin de Py se Sla ola velocidades con la profundidad. Subdivisiones de composicin de la Tierra se encuentran a la izquierda, reo-lgica subdivisiones de la derecha. Despus Kearey y Vine (1990). Reproducido con autorizacin de Blackwell Ciencia, Inc.

Sismlogo Balcanes quien lo descubri en 1909). En esta discontinuidad, la velocidad de Plas olas aumenta bruscamente de aproximadamente 7 a ms de 8 km / seg. De Esta resultados en la refraccin, as como la reflexin, de ssmica olas a medida que encuentran la discontinuidad, por lo que es relativamente simple para determinar la profundidad. El manto es compuesta fundamentalmente de Fe- y rica en Mg silicato minerales. Vamos a aprender ms acerca de la petrologa de la manto en el Captulo 10. Dentro del manto varios otros discontinuidad ssmica dades capas separadas que se distinguen ms por sico ical de diferencias qumicas. La capa ms superficial tales, entre 60 y 220 km, que se llama el capa de baja velocidad, porque dentro de ella, las ondas ssmicas ralentizan ligeramente, como en comparacin con la velocidad tanto por encima como por debajo de la capa de (Figura 1-3). La lentitud de las ondas ssmicas es inusual, debido a que sus velocidades generalmente aumentan con la profundidad ya que se propagan ms fcilmente a travs de mate- ms denso riales (al igual que el sonido viaja ms rpido a travs del agua que a travs de aire). La razn ondas ssmicas ralentizan en la capa de baja velocidad se cree que es causada por 1 a 10% fusin parcial del manto. Probablemente la fusin forma una pelcula fina discontinua a lo largo de granos minerales lmites, que retarda las ondas ssmicas. Los Las derretir tambin debilita el manto en esta capa, por lo que es Be- tienen de una manera ms dctil. La capa de baja velocidad vara en espesor, dependiendo de la presin local, tem- tura, punto de fusin, y la disponibilidad de H2O. Lo haremos discutir ms a fondo en el origen de la capa de baja velocidad Captulo 10.

Por debajo de la capa de baja velocidad que encontramos dos ms discontinuidades ssmicas dentro del manto. El 410-km Se cree que la discontinuidad que el resultado de una transicin de fase en el que el olivino (un componente mineral principal del mandato tle) cambia a una estructura de tipo espinela. A 660 km, el coordinacin de Si en silicatos manto cambia de la familiarizado IV veces a Vl veces, como en el mineral perovskita. Ambas transiciones resultan en un aumento brusco de la densidad del manto, acompaado por un salto en velocidades ssmicas. Por debajo de los 660 kilmetros de la discontinuidad, las velocidades de seis- olas de micrfono aumentan de manera bastante uniforme (Figura 1-3) hasta que se encuentran con la ncleo. El lmite manto / ncleo es una profunda discontinuidad qumica en la que los silicatos de la manera de dar manto a un mucho ms denso rico en Fe metlico aleacin con pequeas cantidades de Ni, S, Si, S, etc. El exterior ncleo est en el estado fundido / lquido mientras que el ncleo interno es slido. La composicin del ncleo interior y exterior es probablemente similar. La transicin a una slida resultados de aumento de la presin con la profundidad, lo que favorece el slido estado. Las ondas S no pueden propagarse a travs de un lquido, que transcurre causa lquidos no pueden resistirse a la cizalladura. Aunque 5 ondas son slo frenado por las pelculas lquidas delgadas en la velocidad baja capa, desaparecen por completo a medida que alcanzan el ncleo externo (Figura 1-3). Ondas P lento en el ncleo lquido y refractan a la baja, lo que resulta en la ssmica "zona de sombra", un de anillo zona en la que el terremoto ondas P no llegan la superficie de la Tierra en el lado alejado de la cual se originaron. Una forma alternativa de considerar las subdivisiones de la Tierra se basa en las propiedades reolgicas. El uso de este cri- terion, podemos considerar la corteza y la porcin ms rgida cin del manto superior sobre la capa de baja velocidad a comportarse como una unidad coherente fuerte, y son coleccin tivamente llama el litosfera. Los promedios litosfera aproximadamente de 70 a 80 km de espesor bajo las cuencas ocenicas, y 100 a 150 km de espesor bajo los continentes. El ms dctil manto por debajo de lo que se llama la astenosfera (Desde el Griego asthenes: "Sin fuerzas"). La litosfera y astenosfera De este modo se distingue por su mecnica propiedades calora, no por composicin o la velocidad ssmica. A pesar de que no estn incluidos en la Figura 2.1, son importante en la teora de la tectnica de placas, ya que el ductilidad de la astenosfera se piensa para proporcionar la zona de dislocacin en la que la litosfera rgida placas se mueven. El manto debajo de la astenosfera es comnmente llamado el mesosfera. La exacta asthenos-fera-mesosphereboundaryshould corresponden a la transicin de dctil a ms rgido el material con la profundidad. La parte inferior de la capa dctil es pobremente restringida. La mayora de los geofsicos creen que la astenosfera se extiende a unos 700 km de profundidad. Los Las la naturaleza de la capa por debajo de este no se conoce bien, pero ondas ssmicas que cruzan la mesosfera debajo de 700 km no son enormemente AT-

6 Captulo 1

atenuadas, lo que sugiere que se trata de una capa de alta resistencia. Las subdivisiones reolgicas del manto se ilustran en el lado derecho de la Figura 1-3.

1.3 ORIGEN DEL SISTEMA SOLAR Y LA TIERRA

Ahora que tenemos una idea de lo que comprende la Tierra, es interesante especular sobre cmo lleg a ser as. El escenario siguiente resume la ms general teoras aceptadas sobre el origen del sistema solar. Al- a pesar de que se present como un hecho, esto slo se hace con el fin de para evitar el uso constante de renuncias y indefinida frases. Por favor, recuerde que esto es slo una coleccin de las ideas con coherencia interna por el cual nos explican lo observamos ahora, aunque el alcance de esta consistencia no dar crdito a las modelos. El modelo ms popular para el origen del universo ha el Big Bang se produce entre 12 y 15 Ga antes presente (p.e.). De acuerdo con la datacin radiomtrica de mete- Orites, el sistema solar comenz a formarse alrededor de 4,56 Ga pb como una enorme nube de materia llamada nebulosa solar (Figura 1-4). La nebulosa consista mayormente de H2 molecular ms A algunos los menores y Be y Li (los nicos productos de la Big Bang). Un 2% adicional comprende elementos ms pesados, incluyendo algunos otros gases y partculas slidas finas ("Polvo"), probablemente creado por sntesis nuclear reaccin ciones en las estrellas cercanas anteriores y supernovas. El nebu- lar nube comenz a derrumbarse lentamente debido a la interacciones gravitacionales de sus mandantes. Porque estaba rotando, es aplanada a una forma a modo de disco como consecuencia de las fuerzas centrfugas, con 1 a 10% de la masa consti- Tuting el disco central. El equilibrio entre gravitacional colapso, la fuerza centrfuga, y la conservacin de angular impulso result en la mayora de la prdida de masa momento angular y cayendo al centro del disco, finalmente para formar el sol. Pequeo metros- a cuerpos-kilometros tamao, denominados planetesimales, empez a formarse y crecer en la nebulosa. El colapso gravitacional de la masa y su compresin genera considerable calor, even-

tualmente de llegar a la etapa en la que la sntesis nuclear (fusin) de hidrgeno en helio se hizo posible. Los primeros 100.000 aos fueron testigos de una evolucin muy rpida cin del "proto-sol", acompaado de un alto luminancia nosity causado por el calor generado por la inicial contraccin. Cuando la compresin casi haba terminado, la sol entr en el Fase T-Tauri, caracterizado por menos vig- actividad Orous, con una duracin de hasta 10 Ma. Los Las viento solar, un corriente de partculas cargadas, cambi el carcter durante la fase T-Tauri y comenzaron a emanar radialmente hacia fuera del sol, en lugar de espiral, de los polos. Los Las nebulosa perdi casi la mitad de su masa inicial durante esta etapa. Del material restante, el 99,9% de la colaboracin masiva transcurrido para formar el sol, y el otro 0,1%, con la ma- yora del momento angular, se qued en el disco. El material del disco tena masa suficiente para contratar a la plano medio, donde eventualmente se separ en local- acumulaciones zados que se formaron los planetas. El proceso de la acrecin planetaria tuvo lugar dentro de una fuerte temperatura tura y presin gradiente generado por la temprana sol. Como resultado, los elementos ms voltiles que comprende las partculas slidas de la nebulosa se evaporaron en el interior, parte ms caliente del sistema solar. Las partculas de vapor luego se quit por el intenso viento solar T-Tauri, y se condensa directamente a los slidos ms hacia fuera donde la temperatura era suficientemente baja. Slo el ms grande planetesimales sobrevivieron esta intensa actividad en el interior sistema solar. Las temperaturas de condensacin reales (y por lo tanto la distancia del Sol a la que la condensacin se llev a cabo) dependa de los elementos particulares o compuestos implicados. Slo los elementos ms refractarios sobrevivido o condensada en la zona ms interna, mientras que los componentes ms voltiles se movieron ms resultados pupilo. Como resultado, entonces, principalmente de la temperatura de gra- dient y el viento solar, la nebulosa experimentaron una sustancia qumica diferenciacin basada en temperaturas de condensacin. Re- xidos de refractario como A12O3, CaO, y TiO2 o bien fallado para volatilizar en absoluto o condensado rpidamente en el in- porciones nermost del sistema solar. Aleaciones de metales de Fe-Ni, Silicatos de Fe-Mg-Ni, metales alcalinos y silicatos, sulfuros,

(B)

(D)

Figura 1-4 Teora nebular de la for- macin del sistema solar, (a) El nebulosa solar condensa desde la inter- medio estelar y contratos, (b) Como la nebulosa se contrae, su rotacin hace que para aplanar a un disco (c), con la mayor parte de la materia concentrada hacia el centro como el sol primordial (d). Slido exterior partculas se condensan y acretan para formar los planetas (d) y (e). Desde Abell et al. (1988). Copyright por permiso sin Saunders.

Algunos Conceptos Fundamentales 7

silicatos hidratados, H2O, y los slidos de amonaco, metano, etc., se condensa y se concentr progresivamente hacia el exterior. La distancia ms all del cual los compuestos muy voltiles tales como el agua y el metano condensado se ha denominado como el lnea de nieve. Aparentemente, un gradiente decreciente de presin hacia el exterior desde el centro de la nebulosa tambin tena un efecto, principalmente de la temperatura de condensacin relativa turas de Fe de metal vs. silicatos, y por lo tanto en la Fe / Si relacin (y el contenido de oxgeno) de los planetas. Los slidos condensados siguiente continuaron acrecentando como planetesimales. En la parte interior del sistema solar, los planetesimales ms refractarios acumulan ms y form la terrestre Planetas (similares a la Tierra) (Mercurio, Venus, la Tierra y Marte), as como los rganos de los que producido los presentes asteroides y meteoritos. En las partes exteriores, ms all de la lnea de nieve, la gran gaseoso planetas se formaron. Plutn es anmalo en rbita y probablemente la composicin tambin. Puede ser una luna de uno de la planificacin ets que escaparon en rbita solar o el cuerpo ms cercano de helado objetos con rbitas ms all de Neptuno. De este breve esbozo, parece claro que la composicin de un planeta es en gran parte el resultado de lugar condiciones especficas que existan en un determinado radial dis- distancia desde el centro de la nebulosa solar durante el primer 10 Ma de la evolucin estelar. La composicin de la Tierra es en gran parte un resultado, entonces, de la naturaleza de la antigua su- pernova que "sembr" la nebulosa solar con parti- slido culos, y los procesos de evaporacin / condensacin asociado con la temperatura a la pantalla en particular de la Tierra tancia del sol T-Tauri. Por lo tanto no esperaramos composicin de la Tierra el ser igual a la de otra planificacin ets o al de la nebulosa solar en su conjunto. El proceso de diferenciacin que produjo el qumico variacin cal en todo el sistema solar no era perfectamente EF ciente. La composicin de la Tierra es complejo, que contiene algunos de cada elemento estable, y no slo los que podran condensarse en nuestra distancia del sol. Algunos de los diversos constituyentes de la Tierra, incluyendo los voltiles, se encuentran en los primeros planetesimales que eran lo suficientemente grandes como para resistir la vaporizacin completa durante la fase T-Tauri caliente de la evolucin solar, mientras que

otros pueden haber sido aadido posteriormente a travs del impacto de cuerpos similares a cometas del sistema solar exterior. Sin embargo, el proceso descrito anteriormente fuertemente favorecido la concentracin de ciertos elementos, y slo siete elementos ahora comprenden el 97% de la masa de la Tierra (Figura 1-5). Estos elementos son consistentes con las abundancias solares y condensados que esperamos han formado en las presiones y temperaturas en el Posicin de la Tierra en los gradientes nebulosas describe de arriba.

1.4 DIFERENCIACIN DE LA TIERRA

S Si 14,4%

Alca 3,0% 1,4% 1,0%

Los planetesimales que ahora forman la Tierra probablemente AC- acumulada en una manera secuencial causada por la gravitacin acrecin cional de los ms densos primero, concentrndose Fe-Ni aleaciones y xidos ms densas hacia el centro. Ya sea que no la Tierra consigui esta "ventaja" hacia una mayor di- diferencia- es difcil de decir, pero diferenci ms ex- tensively poco despus. Esta extensa diferenciacin el resultado de calefaccin, causada por el colapso gravitacional, impactos y calor radiactivo concentrado. Eventualmente el planeta se calienta lo suficiente para iniciar la fusin en algn profundidad, probablemente por debajo de una corteza slida que qued enfriador mediante la radiacin de calor hacia el espacio. Una vez que comenz la fusin, la movilidad dentro de la Tierra aument. Partes ms densas de las masas fundidas se movieron a la baja, mientras que regiones ms claras rosa. La energa gravitacional liberada por este proceso probablemente genera suficiente calor para fundir toda la Tierra, con la posible excepcin de la capa ms externa refrigerada. Esta capa tambin puede haber derretido si haba suficientes atmsfera gaseosa para retardar el enfriamiento radiante. El resultado del proceso fue que la Tierra sepa- tasa en capas controladas por la densidad y el producto qumico afinidades de los elementos que lo componen. El concepto de afinidad qumica se seguir desarrollando en los captulos 9 y 27, pero, en trminos ms simples, podemos decir por ahora que el- comportamiento ele- es controlado por la configuracin de elec- trones en las capas exteriores, que los efectos de su unin caractersticas. Goldschmidt (1937) propuso que los elementos de la Tierra tenda a incorporarse separada fases, anlogas a las capas en hornos de fundicin de mineral. Nosotros han heredado sus trminos:

Lithophile ("Piedra amante") elementos forman una luz fase de silicato. Chalcophile ("Cobre amante") forman elementos de un sulfuro de fase intermedia. Siderophile ("Hierro amante") elementos forman una densa fase metlica.

Mg 15,3%

Figura 1-5Abundancias atmicas relativas de los siete la mayora de los elementos comunes que conforman el 97% de la de la Tierra masa.

Una fase separada de atmophile elementos tambin pueden se han formado en la Tierra primitiva como un ocano muy menor y la atmsfera, pero la mayora de estos elementos gaseosos ligeros no estaban en poder de la Tierra durante las etapas ms tempranas y

8 Captulo 1

escapado al espacio. La mayor parte de los ocanos y la atmsfera probablemente acumulada lentamente despus. Es lo suficientemente simple para determinar la afinidad de cada elemento empricamente, y utilizar los resultados para predecir el tamao (grosor) de cada depsito a principios diferenciacin ATED Tierra, pero este mtodo no funciona muy bien. Por Un ejemplo, Fe, que debe ser siderophile, se produce en todo tres fases. Debemos recordar que los tomos son de iones zado, por lo que el requisito de neutralidad elctrica debe ser satisfecho tambin. Normalmente nos concentramos en cationes, pero los aniones son igualmente importantes. Por ejemplo, el azufre es obviamente necesario para crear un sulfuro, por lo que la cantidad de azufre dicta el tamao de la capa de chalcophile en fundidoras ing ollas. Debido a que no haba suficiente azufre para satisfacer todos los cationes chalcophile en la Tierra, el exceso fo cationes cophile tenan que ir a otra parte. El oxgeno es el prin- cipal de aniones en minerales de silicato. Se combina con el silicio para la capa de lithophile, pero se requieren otros cationes antes de que se logra la neutralidad. Los ms comunes minerales en la capa lithophile de la Tierra primitiva probablemente eran olivina ((Fe, Mg) 2SiO4), ortopiroxeno ((Fe, Mg) SiO3), y clinopiroxeno (Ca (Fe, Mg) Si2O6). Ella era por lo tanto la abundancia relativa de oxgeno que deter- minado el espesor de la capa de lithophile superior. Los Las siderophile capa interior se determin por el exceso de cationes siderfilos (principalmente Fe) que quedan despus de la neutralidad se logr con O y S. Todos los dems elementos, com- formado por el restante 3% de la masa de la Tierra, fue prefe- erentially en una de estas capas, de acuerdo con una afinidad particular del tomo. Al igual que con la diferenciacin del sistema solar, la Diferenciacin de la Tierra no era ciertamente perfectamente eficiencia ciente: No todos los elementos estn restringidos a la pre- capa predicho. De lo contrario, nunca encontraramos tal elementos como el oro (siderophile), cobre (chalcophile), etc., en la superficie de la Tierra hoy en da. Esto puede deberse, en parte, por una falta de equilibrio completa durante la diferenciacin proceso acin, pero (como veremos en los captulos 9 y 27) incluso si se alcanza el equilibrio, elementos comnmente par- la com- s mismos en depsitos diferentes en menos de la la mayora de proporciones extremas (no todos en un solo depsito). Despus de unos pocos cientos de millones de aos, esta fundido, di- disociados Tierra se enfri y solidific sobre todo a un con- condicin similar a la del planeta en el que habitamos, que tiene un temperatura distinta y gradiente de presin con la profundidad. Los litofilos, chalcophile y capas siderfilos son no se debe confundir con las capas presentes de la Tierra: corteza, manto y ncleo. El ncleo de la Tierra moderna es la capa siderophile, pero el componente chalcophile era ms probable es disuelto en el ncleo siderophile y nunca separado como una fase distinta. Aunque tal fase hace forma en fundiciones, es mucho menos probable que lo hagan en la escuela presiones implicadas en el ncleo. La Tierra no es una fundidoras ing olla. Si una fase separada chalcophile hizo forma, podra ser una capa ms externa del ncleo externo, pero no ha sido detectado ssmicamente.

El manto sin duda representa la segregacin lithophile gacin, pero qu pasa con la corteza? Ni el ocenico ni la corteza continental formada en este punto por un gran escala evento diferenciacin en la Tierra primitiva (aunque esto puede haber ocurrido por las tierras altas de plagioclasa rica de la luna). Ms bien, la corteza ocenica de la Tierra tiene recicla- forrada muchas veces en el pasado y la corteza continental tiene evolucionado lentamente con el tiempo. Los procesos por los cuales la manto diferencia para producir la corteza estn en su mayor minantemente gnea en la naturaleza. Volveremos a este tema en varios lugares ms adelante.

1.5 CMO SABEMOS TODO ESTO?

Si usted ahora est preguntando cmo posiblemente puede saber lo que se acaba de presentar, te ests acercando a gasolina ga con la actitud correcta. Las teoras, como las con- relativa a la origen del universo, el sistema solar, y la Tierra representan las mejores inferencias que podemos hacer basado en nuestra interpretacin de los datos. El ex simple explicacin de todos los datos, sin violar fsica Se prefiere "leyes". Cuanto ms variada sea la naturaleza de la fenmenos una teora explica, ms confianza que colocar en ella. El escenario descrito anteriormente es consistente con las "leyes" fsicas de la mecnica celeste, la gravedad, la sntesis nuclear, y as sucesivamente. Tambin es consistente con nuestra observaciones de ondas ssmicas y la naturaleza y YOLIOZU marcha del sistema solar. Pero la evaluacin rigurosa de estos criterios est ms all del alcance de este libro. El esce- nario est diseado nicamente como informacin general, sin alguna vez. Los datos sobre la composicin y la estratificacin de la Interior de la Tierra en las Figuras 1-2 y 1-3 son el resultado final del proceso y se presentan como un hecho. Estos datos son muy importante para el material que vamos a abordar en el pginas siguientes. Despus de todo, si las rocas gneas son los productos de fusin en profundidad, podra ser bueno saber con cierta confianza lo que se derrita. Para preocupaciones petrolgicos, centrmonos nuestro escepticismo aqu por un momento. Tenemos an no perforado un agujero al manto (y nunca lo har al ncleo) con el fin de probar directamente estos materiales. Y nuestro manto hipottica y el ncleo son muy diferentes que los materiales que encontramos en la superficie de la Tierra. Qu pruebas tenemos que apoyar la supuesta composicin y la estructura de nuestro planeta? En primer lugar, a partir de mediciones cuidadosas podemos precisin determinar la constante gravitacional, y el uso que, adems de el momento de inercia medido de la Tierra, para calcular fines de su masa, y de eso, la densidad media. De Esta pone varias restricciones en los materiales que componen la tierra. Por ejemplo, la densidad media de la Tierra es de aproximadamente 5,52 g / cm3. Es relativamente fcil de ob- servir y un inventario de la composicin qumica de la rocas expuestos en la superficie de la Tierra. Pero la den- sidad de rocas de la superficie rara vez es superior a 3,0 g / cm3. Los Las Por tanto, la Tierra debe contener una gran proporcin de material que es mucho ms denso que el que puede lograrse por com-

Algunos Conceptos Fundamentales 9

pression de rocas de tipo superficial debido al aumento de presin Seguro en profundidad. Se podra llegar a una variedad de recetas para la material denso en profundidad, mediante la mezcla de proporciones de tomos de diversos pesos atmicos. Sin embargo, un AP tales aleatoria enfoque mejor sera guiado por tener una idea de qu elementos son ms abundante en la naturaleza. La Tierra debe de haber formado a partir de la nebulosa solar, por lo que la compo- sicin de la nebulosa debe proporcionarnos pistas significativas a la composicin de nuestro planeta. El material que compone el sistema solar se puede analizar desde una distancia de significa spec-troscopic. Los tomos pueden ser excitados por el calor o interacciones de partculas y emiten espectros de luz caracterstica cuando regresan a su menor energa "estado fundamental". La longitud de onda de la luz que llega a la Tierra puede ser determinado y relacionada con el tipo de elemento o compuesto que emite. En comparacin con los espectros de elementos medidos en el laboratorio, el emisor tomos o molculas pueden ser identificados. La intensidad de la lneas espectrales es proporcional a sus concentraciones a las la fuente. As tenemos una buena idea de qu elementos constituir el sol, otras estrellas, incluso otro planetario superficies, y por analoga con estos, nuestro propio planeta. La figura 1-6 ilustra las concentraciones estimadas de los elementos de la nebulosa solar (estimados a partir de cierta meteoritos, como se discute a continuacin). Tenga en cuenta la logartmica escala para la concentracin, lo que hace que sea ms fcil para mostrar toda la gama de las abundancias. El hidrgeno es con mucho el ms abundante elemento, ya que hizo que la mayor parte de la nebulosa de originales ula. Otros elementos (excepto l) se sintetizaron a partir H en el Sol y otras estrellas. La disminucin de la abundancia al aumentar el nmero atmico (Z) refleja la dificultad de sintetizar tomos progresivamente ms grandes. Otro in- caracterstica intere- que se desprende de la figura 1-6 es el "de sierra

40

diente naturaleza "de la curva. Esto est de acuerdo con el "Regla Oddo-Harkins", que dice que los tomos con incluso nmeros son ms estables, y por lo tanto ms abundante que sus vecinos impares. Debemos suponer que los elementos que componen el Tierra son algunos de los elementos ms comunes en la figura 1-6. Por ejemplo, Fe, y en menor medida Mg y Ni, son mucho ms abundantes en el sistema solar que en el Corteza de la Tierra, por lo que podramos inferir que estos elementos son concentrada en la Tierra en otros lugares. Fe tambin es denso suficiente para satisfacer los requerimientos de alta densidad de la Tierra. En otras palabras, utilizando los datos de la figura 1-6 como una partida apuntar a modelar un planeta con una densidad media de 5,52 g / cm3 debe llevarnos en la direccin de la concentracin ciones en la figura 1-5. Por supuesto, el proceso se complica por inhomogeneidades tales como la diferenciacin radial cin de la nebulosa solar, y la densidad de las variaciones y cambios de fase asociados con el aumento de presin en el Tierra. Los estudios ssmicos limitar an ms el mate- riales que constituyen la Tierra. Las velocidades de Py se S olas en diversos materiales a presiones elevadas y tem- peraturas pueden ser medidos en el laboratorio y com- comparacin con las velocidades ssmicas dentro de la Tierra, como determinado a partir de los terremotos o explosiones provocados por el hombre (Figura 1-3). Adems, la reflexin y la refraccin de seis- olas de micrfono en discontinuidades dentro de la Tierra proporcionan di- pruebas rect para la estructura y el interior de la Tierra profundidades de las discontinuidades que subdividen en corteza, , el ncleo de capa exterior, y el ncleo interior, as como otros ms caractersticas detalladas. Por ltimo, aunque no hemos visitado el manto o ncleo para las muestras, hemos tenido muestras entregadas a nosotros en el superficie (o eso creemos). Vamos a aprender ms sobre

50 60 Nmero atmico (Z)

10 20 30 70 80 90 100

Figura 1-6Abundancias estimadas de los elementos de la nebulosa solar (tomos por 106 tomos de Si). Despus de Anders y GREVESSE (1989). Copyright con permiso de Elsevier Science.

10 Captulo 1

Tabla 1-1Clasificacin simplificada de Meteoritos % De Falls SubclassClass # de Falls

Hierros

Stony hierros StonesAchondrites

Las condritas

Con Toda

Con Toda

SNC de Otras Personas

De carbono Otras Personas

42

9

4 65

35 677

5

1

8

86

muestras del manto en los captulos 10 y 19, pero hay una nmero de rocas que se encuentran en la superficie que creemos ser de origen manto. En muchos de subduccin activa y fsiles zonas, astillas de corteza ocenica y manto subyacentes son incorporado en el prisma de acrecin. El engrosamiento de el prisma, seguido de levantamiento y erosin, expone la de tipo manto rocas. Xenolitos de presunta mate- manto rial se realiza de vez en cuando a la superficie en algunos basaltos. Se cree que el material del manto profundo para llegar a la superficie como xenolitos en kimberlita diamantfera tuberas (seccin 19.3.3). La gran mayora de las muestras encontrado en todas estas situaciones son ricos en piroxeno y olivine- rocas ul-tramafic. Cuando muchas de estas muestras se parcialmente derretido en el laboratorio, que producen derrite similar a lavas naturales que creemos son manto derivados. Debido a su gran densidad y profundidad, ni un solo muestra de ncleo de la Tierra ha alcanzado la superficie. Cmo- nunca, creemos que las piezas del ncleo de otro plan-etesimals han llegado a la Tierra en forma de algunos meteoritos. Vamos a discutir brevemente meteoritos en la siguiente seccin, ya que son bastante variados, y proporcionar informacin importante sobre la composicin de la Tierra y el sistema solar. 1.6 METEORITOS

despus Sears y Dodd (1988)

Los meteoritos son objetos extraterrestres slidos que golpean la superficie de la Tierra despus de sobrevivir el paso a travs la atmsfera. La mayora de ellos se cree que son frag- tos derivados de las colisiones de cuerpos ms grandes, princi- palmente del cinturn de asteroides entre las rbitas de Marte y Jpiter. Son muy importantes, porque muchos son cree que representa arrestado temprano a intermedio etapas en el desarrollo de la nebulosa solar que tiene alteracin posterior no experimentado o diferenciacin como la Tierra. Por lo que proporcionan pistas valiosas a la maquillaje y desarrollo del sistema solar. Mete- Orites se han clasificado en un nmero de maneras. Mesa 1-1 es una clasificacin simplificada, en el que tengo com- combinadas varias subclases para dar una indicacin general de los tipos ms importantes y los porcentajes de cada de las cadas observadas. Hierros (Figura l-7b) se compone principalmente de una aleacin metlica Fe-Ni, piedras se componen de minera de silicato nerales, y pedregosos hierros (Figura l-7a) contienen subequal cantidades de cada uno. Debido a que las piedras se parecen mucho a la terrestre rocas juicio, no son comnmente reconocidos como mete- Orites, por lo que los hierros (rpidamente reconocibles por su densidad) tienden a dominar las colecciones del museo. Cuando consideramos slo las muestra