factoresd del metamorfismo

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  • 1. La temperatura

    Propiedades trmicas de las rocas

    2. La presin

    3. Los fluidos metamrficos

    Presin litosttica

    Esfuerzos desviatorios

    Presin de fluidos

    4. EL tiempo como variable del meatmorfismo:

    trayectorias P-T-t

    Tema 1:

    Factores del metamorfismo

    w Capacidad calorfica

    w Conductividad trmica

    w Difusividad trmica

  • 1. La temperatura

    Propiedades trmicas de las rocas: capacidad calorfica

    T

    QC

    Capacidad calorfica

    DQ: calor suministrado (J)

    DT: incremento de temperatura (K)

    -1

    [C]: J K

  • 1. La temperatura

    Propiedades trmicas de las rocas: capacidad calorfica

    T

    QC

    m

    C

    Tm

    Qc

    Capacidad calorfica

    DQ: calor suministrado (J)

    Capacidad calorfica especfica

    DT: incremento de temperatura (K)

    m: masa (kg)

    -1 -1

    [c]: J kg K

    -1

    [C]: J K

  • 1. La temperatura

    Propiedades trmicas de las rocas: capacidad calorfica

    T

    QC

    m

    C

    Tm

    Qc

    McCm

    M

    Tm

    QM

    Tn

    QCm

    Capacidad calorfica

    DQ: calor suministrado (J)

    Capacidad calorfica especfica

    Capacidad calorfica molar

    DT: incremento de temperatura (K)

    m: masa (kg)

    -1 -1

    [c]: J kg K

    -1 -1

    [C ]: J mol Km

    -1

    [C]: J K

    n: nmero de moles (mol)

    -1

    M: masa molecular (kg mol )

  • Sustancia Capacidad calorfica

    especfica

    (J kg-1

    K-1

    )

    Masa

    molecular

    (kg mol-1

    )

    Capacidad

    calorfica

    molar (J mol-1

    K-1

    )

    cobre 390 0.0635 25

    plomo 130 0.2072 27

    hierro 470 0.0558 26

    plata 234 0.1079 25

    aluminio 910 0.0270 25

    agua 4160 0.0180 75

    cuarzo (298 K) 750 0.0601 45

    cuarzo (1000 K) 1098 66

    magnetita (298 K) 653 0.2314 151

    magnetita (1000 K) 890 206

    olivino (forsterita) (298 K) 839 0.1407 118

    olivino (forsterita) (1000 K) 1244 175

    ortopiroxeno (enstatita) (298 K) 818 0.1004 82

    ortopiroxeno (enstatita) (1000 K) 1205 121

    clinopiroxeno (diopsido) (298 K) 766 0.2166 166

    clinopiroxeno (diopsido) (1000 K) 1150 249

    plagioclasa (albita) (298 K) 782 0.2623 205

    plagioclasa (albita) (1000 K) 1189 312

    feldespato potsico (microclina)

    (298 K)

    726 0.2784 202

    feldespato potsico (microclina)

    (1000 K)

    1113 310

    granate (grosularia) (298 K) 732 0.4506 330

    granate (grosularia) (1000 K) 1090 491

    anfbol (hornblenda) (298 K) 815 0.8125 662

    mica (biotita) (298 K) 810 0.4335 351

    mica (biotita) (1000 K) 1240 537

    1. La temperatura

    Propiedades trmicas de las rocas: capacidad calorfica

  • T1

    q

    q: flujo de calor

    Ley de Fourier

    Dd

    : gradiente de temperatura

    DT=T -T1 2

    T2

    DT

    Dd

    q DT

    Dd

    Propiedades trmicas de las rocas: conductividad trmica

    d

    Tq

    1. La temperatura

    -1 -1

    l: conductividad trmica (W m K )

    l

  • q: flujo de calor

    Ley de Fourier:

    : gradiente de temperaturagrad T =DT

    Dd

    q = -l grad T

    1. La temperatura

    T1

    q

    Dd

    DT=T -T1 2

    T2

    l

    Propiedades trmicas de las rocas: conductividad trmica

    -1 -1

    l: conductividad trmica (W m K )

  • Sustancia (a 298 K) Conductividad

    trmica (W m-1 K-1)

    cobre 385

    plomo 34.7

    hierro 50.2

    plata 406

    aluminio 205

    agua 0.6

    cuarzo 7.7

    magnetita 5.1

    olivino (forsterita) 5.0

    ortopiroxeno (enstatita) 4.5

    clinopiroxeno (diopsido) 4.7

    plagioclasa (albita) 2.1

    feldespato potsico (microclina) 2.5

    granate (grosularia) 5.5

    anfbol (hornblenda) 2.8

    mica (biotita) 2.0

    1. La temperatura

    Propiedades trmicas de las rocas: conductividad trmica

  • c

    -1 -1

    l: conductividad trmica (W m K )

    -1 -1

    c: capacidad calorfica especfica (J kg K )

    -3

    r: densidad (kg m )

    2 -1

    k: difusividad trmica (m s )

    Sustancia (a 298 K) l (W m-1

    K-1

    ) c (J kg-1

    K-1

    ) r (kg m-3

    ) k (m2 s

    -1) 10

    -6

    cobre 385.0 390 8900 111.0

    plomo 34.7 130 11300 23.6

    hierro 50.2 470 7800 13.7

    plata 406.0 234 10500 165.0

    aluminio 205.0 910 2750 81.9

    agua 0.6 4160 1000 0.1

    cuarzo 7.7 750 2650 3.9

    magnetita 5.1 653 4700 1.7

    olivino (forsterita) 5.0 839 3220 1.9

    ortopiroxeno (enstatita) 4.5 818 3200 1.7

    clinopiroxeno (diopsido) 4.7 766 3300 1.9

    plagioclasa (albita) 2.1 782 2600 1.0

    feldespato potsico (microclina) 2.5 726 2560 1.3

    granate (grosularia) 5.5 732 3350 2.2

    anfbol (hornblenda) 2.8 815 3150 1.1

    mica (biotita) 2.0 810 3000 0.8

    1. La temperatura

    Propiedades trmicas de las rocas: difusividad trmica

  • Flujo trmico

    1. La temperatura

  • Flujo trmico

    q

    q

    q

    q

    1. La temperatura

    q

    q

  • Valores medios

    Las diferencias se deben a:

    Ocanos:

    Media global:

    mW m

    0 40 60 85 120 180 240 350

    -2

    65 mW m-2

    100 mW m-2

    85 mW m-2

    Flujo trmico superficial

    1. La temperatura

    Continentes:

    El calor que fluye desde el manto

    El calor generado por desintegracin

    radiactiva en la corteza

    El calor transportado por cuerpos

    gneos

    En las cadenas montaosas: erosin

  • Flujo trmico superficial en los Estados Unidos

    1. La temperatura

  • Flujo trmico superficial en la Pennsula Ibrica

    Fernndez et al (1998). Tectonophysics, 291: 29-53

  • Dos conceptos importantes

    Gradiente geotrmico: ritmo al que la temperatura

    vara con la profundidad. El gradiente geotrmico es

    diferente a diferentes profundidades. Cerca de la

    superficie de la Tierra vale:

    w 15-30 C/km (gradientes normales)

    w 5-60 C/km (gradientes extremos)

    Las geotermas estan formadas por segmentos con

    diferente gradiente geotrmico.

    Geoterma: curva sobre un grfico profundidad-

    temperatura que muestra la forma en que la temperatura

    vara con la profundidad por debajo de un punto particular

    de la superficie de la Tierra en un instante particular de

    tiempo.

    Las geotermas pueden ser estacionarias o

    transitorias.

    1

    2

    1. La temperatura

    Gradiente geotrmico y geoterma

  • Profundidad

    (km)

    Temperatura

    (C)

    Diferencia de T

    (C/ 10 km)

    0 0 208

    10 208 187

    20 395 153

    30 548 116

    40 664 87

    50 751 68

    60 819 56

    70 875 45

    80 920 37

    90 957 34

    100 991

    Variacin de la temperatura con la profundidad en

    una zona continental estable (cratn).

    100

    80

    60

    40

    20

    0

    0 200 400 600 800 1000

    2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

    geoterma

    Temperatura

    Temperatura (C)P

    rofu

    ndid

    ad

    (km

    )

    Gradiente geotrmico

    Gradiente geotrmico (C/km)

    1. La temperatura

    Gradiente geotrmico y geoterma

  • Gradiente geotrmico superficial en los Estados Unidos

    1. La temperatura

  • Temperatura estimada a 4 km de profundidad en los Estados Unidos

    1. La temperatura

  • pro

    fundid

    ad

    pro

    fundid

    ad

    pro

    fundid

    ad

    pro

    fundid

    ad

    pro

    fundid

    ad

    pro

    fundid

    ad

    pro

    fundid

    ad

    pro

    fundid

    ad

    temperatura

    temperatura

    temperatura

    temperatura

    temperatura

    temperatura

    temperatura

    temperatura

    w geoterma estacionaria: su forma no cambia con el tiempo

    w geoterma transitoria: su forma cambia con el tiempo

    t1t1

    t1t1

    t2t2

    t2t2

    t3t3

    t3t3

    t4t4

    t4t4

    Las geotermas transitorias se deben a perturbaciones

    tectnicas o gneas

    1. La temperatura

    Geoterma estacionaria y transitoria

  • Geoterma ocenica y continental estables

  • nDFDS

    x

    y

    z

    2. El esfuerzo y la presin

    T: traccin (vector)

    (misma orientacin que DF)

    DSDS0

    (n)

    T = limDF

  • nDFDS x

    y

    z

    Dx

    Dz

    szz

    szx

    sxx

    sxy

    sxz

    szy

    syx

    syy

    syz

    Dyxy

    z

    2. El esfuerzo y la presin

    T: traccin (vector)

    (misma orientacin que DF)

    DSDS0

    (n)

    T = limDF

    (x)

    T = (s , s , s ) xx xy xz

    (y)

    T = (s , s , s ) yx yy yz

    (z)

    T = (s , s , s ) zx zy zz

  • ns: esfuerzo (tensor

    de segundo orden)

    DFDS x

    y

    z

    Dx

    Dz

    szz

    szx

    sxx

    sxy

    sxz

    szy

    syx

    syy

    syz

    Dyxy

    z

    T: traccin (vector)

    (misma orientacin que DF)

    DSDS0

    (n)

    T = limDF

    s =

    szz

    szx

    sxx

    sxy

    sxz

    szy

    syx

    syy

    syz

    (x)

    T = (s , s , s ) xx xy xz

    (y)

    T = (s , s , s ) yx yy yz

    (z)

    T = (s , s , s ) zx zy zz

    2. El esfuerzo y la presin

  • s =

    szz

    szx

    sxx

    sxy

    sxz

    szy

    syx

    s