magma (petrologia)

8/6/2019 Magma (Petrologia)

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APUNTES DE LA CATEDRA DE UNIVERSIDAD AUTONOMA DECHIHUAUHA

PETROLOGA Y PETROGRAFIA IGNEA FACULTAD DE INGENIERIA

Petrologa y petrografa gnea. Tercera parte MC MANUEL REYES CORTES

CAPITULO 6EVOLUCIN DE LOS MAGMASDefinicionesMagma primario:Es aquel capaz de producir por diferenciacin magmtica todos los miembros de unaserie de rocas gneas.Debe tener la temperatura ms alta de la serie.Su contenido en minerales esenciales y accesorios debe ser tal que su sustraccinprogresiva condicione las composiciones de las rocas que se van formando con cadamagma residual diferenciado.Generalmente los magmas bsicos o mficos renen estas condiciones, por lo tanto,la mayora de las series magmticas son mficas.

Magmatistas Todos los granitos provienen de la cristalizacin fraccionada de unmagma basltico esencialmente fluido en el interior de la corteza

Transformistas Todos los granitos se generan por un proceso de metamorfismoregional fundamentalmente in-situ, acompaado de una anatexis parcial o total, ascomo la introduccin de fluidos, o bien por difusin de iones a travs de las retculascristalinas, sin la intervencin de una fase liquida.

Hiptesis sobre el origen de las rocas gneas.

Estas hiptesis han variado desde la idea de que cada tipo de roca gnea ha sidoengendrado por un magma inicial de composicin qumica particular, lo cual implicabams de 150 magmas diferentes, hasta la suposicin de una o dos fuentes primarias, apartir de las cuales se generaran todas las rocas gneas.

La mayora de los petrlogos aceptan, en la actualidad, la existencia de tres tipos dematerial original para la generacin de magmas en tres ambientes distintos:

a) La fuente del magma basltico estara en la fusin selectiva del materialperidottico que constituye el manto (ol + cpx+opx gr), dando lquidos enriquecidosen SiO2, Al2O3, FeO, CaO, Na2O, K2O y H2O en las dorsales meso ocenicas.b) La subduccin de la corteza ocenica transporta las rocas baslticas aprofundidad, donde sufren fusin parcial, dando lugar a magmas de composicinandestica o dactica, muy probablemente contaminados con material de la cuamantlica suprayacente.c) La fusin parcial de la corteza continental (anatexis) da lugar a magmas decomposicin rioltica.

LOS PRINCIPALES MECANISMOS PARA EXPLICAR EL ORIGEN DE LAS ROCAS GNEAS SEPUEDEN AGRUPAR EN TRES:

Diferenciacin magmticaAsimilacin y mezclas magmticasGranitizacin, anatexis y fusin parcial de rocas preexistentes.


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6.1 DIFERENCIACIN MAGMTICA

DEFINICIN: Diferenciacin magmtica es el conjunto de procesos mediante loscuales un magma original primario, homogneo se separa en fracciones que llegan aformar rocas de composiciones diferentes pero relacionadasSe distinguen dos tipos de diferenciacin;

DiferenciacinmagmticaSesnsu stricto

Cristalizacinfraccionada

Separacinde fasesl uidas

Por miscibilidad limitadaPor gravedadPor difusin y conveccinPor transferencia gaseosaPor transferencia acuosa

PresinFiltrante

Etapas deconsolidacinma mtIca

ORTOMAGMTICAPEGMATTICANEUMATOLTICA

DIFERENCIACINMAGMATICA

A) Diferenciacin magmtica sensu stricto.

B) Cristalizacin fraccionada.

Diferenciacin magmtica sensu stricto, que es la separacin de una o variasfases

lquidasa partir del magma padre, antes de la cristalizacin.

Las soluciones se pueden separar de acuerdo con varios procesos que han sidodiscutidos y criticados por Bowen (1928) y que son los siguientes:

a) Diferenciacin Magmtica. Separacin de fases lquidas Por miscibilidad limitada Por gravedad Por difusin y conveccin Por transferencia gaseosa Por transferencia acuosa

Por Miscibilidad limitada.

Al observar el comportamiento de las escorias de fundicin de los metales, Vogt(1921) dedujo que al descender la temperatura, una mezcla homognea de sulfuroslquidos se separa de la fraccin silicatada en forma de gotitas inmiscibles que sedepositan como fraccin fundida.Sin embargo, se ha comprobado que los silicatos en fusin son miscibles entre s entodas proporciones.

Este proceso es posible solo en magmas muy alcalinos (inmiscibilidades en el sistemacarbonatos-silicatos) y en basaltos ricos en hierro, tanto terrestres como lunares.


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Por Gravedad.

En un magma completamente lquido se puede producir el hundimiento de los iones ymolculas lquidas de mayor peso, bajo la accin de la gravedad.Sin embargo, Bowen demostr que en los magmas viscosos tal fenmeno acaece conextrema lentitud, por lo que no tendra gran importancia.Difusin y conveccin.

Ludwig y Soret. en una solucin cuyas partes se encuentran a la misma temperatura,los elementos disueltos estn en equilibrio unos con otros; si este equilibrio se rompe,dichos elementos se desplazan hacia las partes ms fras, en cantidadesproporcionales a la diferencia de temperatura.

En una cmara magmtica las paredes son mas fras. Los primeros cristales delborde, esencialmente mficos, continuarn creciendo por difusin, desde el interiorhacia el borde de modo que se formara un frente bsico, como se observa en

algunos granitos.Sin embargo, se considera que este mecanismo no opera a la escala necesaria paraexplicar los principales tipos de rocas.

Transferencia de voltiles. (Gaseosa o acuosa)

Se ha podido comprobar que el vapor de agua es capaz de disolver y transportar laslice y las sales alcalinas.DE MANERA ANLOGA, UNA CORRIENTE GASEOSA O ACUOSA QUE ATRAVIESE UNA CMARAMAGMTICA PODRA ACTUAR COMO COLECTOR Y VEHCULO DE TRANSPORTE DE LOSCONSTITUYENTES MS VOLTILES DEL MAGMA.Es poco probable que este proceso se produzca a grandes profundidades, por lomenos hasta que la cristalizacin, y por tanto la diferenciacin, estn muy avanzadas.

SIN EMBARGO, EN LA PROXIMIDAD DE LA SUPERFICIE, LA EMISIN DE GASES MAGMTICOSSE PUEDE PRODUCIR EN GRAN ESCALA Y CONTRIBUIR NOTORIAMENTE AL PROCESO DEDIFERENCIACIN.

Se considera que la fenitizacin de la roca encajonante que rodea a los complejosalcalinos es una manifestacin de dicha transferencia.

6.2 CRISTALIZACIN FRACCIONADA

Cristalizacin fraccionada es las separaciones consecutivas de una o varias fasesslidas a partir del magma inicial.

Ciertos minerales de las rocas gneas se encuentran asociados, debido a quecristalizan a la misma temperatura, mientras que otros raras veces aparecen juntos.

Ejemplos: olivino y labradorita, en el primer caso y cuarzo y anortita, en el segundo.

Ello implica una cristalizacin fraccionada, mecanismo propuesto por Bowen en 1928

EN UN MAGMA, LAS SUBSTANCIAS MS INSOLUBLES O MS PESADAS SON LAS PRIMERAS ENCRISTALIZAR, COMO POR EJEMPLO EL OLIVINO, LOS PIROXENOS, LAS PLAGIOCLASAS

CLCICAS Y ALGUNOS MINERALES ACCESORIOS.


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Por otra parte; SE OBSERVA QUE, DEBIDO A LA SUBSTRACCIN DE LOS MINERALESFERROMAGNESIANOS Y CLCICOS, EL MAGMA RESIDUAL SE ENRIQUECE PROGRESIVAMENTEEN COMPUESTOS MS LIGEROS, COMO SLICE Y LCALIS.

Las series de reaccinA medida que tiene lugar la cristalizacin tiende a mantenerse el equilibrio entre las

fases lquida y slida, de modo que al descender la temperatura los primeros cristalesreaccionan con el lquido y cambian de composicin.

LA REACCIN PUEDE SER PROGRESIVA, DE MODO QUE SE PRODUCEN LAS LLAMADAS PORBOWEN; SERIES DE REACCIN CONTINUA, COMO ES EL CASO DE LAS PLAGIOCLASAS, ENDONDE LOS TRMINOS CLCICOS QUE CRISTALIZAN PRIMERO, SE VUELVEN CADA VEZ MSRICOS EN SODIO, AL DESCENDER LA TEMPERATURA.

POR OTRO LADO, CON EL DESCENSO DE LA TEMPERATURA CIERTOS MINERALESFERROMAGNESIANOS SE TRANSFORMAN EN OTROS MINERALES DE ESTRUCTURASCRISTALINAS DIFERENTES, COMO EL OLIVINO EN PIROXENOS Y STOS A SU VEZ ENHORNBLENDA; TALES CAMBIOS CONSTITUYEN LAS SERIES DE REACCIN DISCONTINUA.

Series de reaccin de Bowen. Temperaturas del Punto de Fusin

T(C) Serie discontinua;1890 Olivino Mg1805 Olivino Fe1557 Piroxeno Mg1470 Piroxeno Fe

HornblendaBiotita

870 Cuarzo

T (C) Serie continua

1553 Anortita1480 Bitownita1370 Labradorita1270 Andesina1185 Oligoclasa1135 Albita1118 Ortoclasa

Los minerales de alta temperatura de ambas series cristalizan juntos;Los basaltos que contienen plagioclasas clcicas, incluyan tambin al olivino ypiroxnos magnesiano.

Los minerales de baja temperatura tambin tienden a asociarse, de tal suerte que labiotita, los feldespatos alcalinos y el cuarzo se encuentran juntos en las riolitas.

Si la reaccin es incompleta, debido a un enfriamiento rpido o a otras causas, losprimeros miembros de las series de reaccin pueden persistir como vestigios orelictos en la roca final; esta es la razn por la que se observan feldespatoszoneados o cristales de un mineral ferro magnesiano envuelto por otro. Obviamente Bowen pensaba que sus series constituan un punto de vista demasiadosimplificado pero instructivo sobre la cristalizacin de un determinado tipo de magma

NO SE DEBE GENERALIZAR QUE LAS SERIES DE BOWEN SE APLICAN A TODOS LOS MAGMASBAJO TODAS LAS CONDICIONES..


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La Presin Filtrante.

UNA VARIANTE DE LA CRISTALIZACIN FRACCIONADA.TIENE LUGAR CUANDO UN MAGMA QUE HA CRISTALIZADO SLO PARCIALMENTE SE VESUJETO A PRESIN POR EFECTO DE CIERTOS PROCESOS TECTNICOS.El lquido residual es expulsado e inyectado en la porcin cristalizada del mismo

magma o en las rocas encajonantes, en donde generar rocas muy diferentes de lasque resultaran de la consolidacin del magma inicial.SI ESTA EXPULSIN SE REPITE EN ETAPAS DIFERENTES DAR LUGAR A DIFERENTES TIPOSDE ROCAS.Mediante este proceso se ha explicado la formacin de pegmatitas, diques y vetas.

ETAPAS DE CONSOLIDACION MAGMATICA

Etapas sucesivas en la consolidacin de los magmasPaul Niggli (1938) considera a la Litosfera como un complejo polifactico al cual esposible aplicarle la regla de las fases.Para ello construy varios diagramas que tratan de explicar las cinco etapas sucesivas

de la consolidacin de los magmas en las rocas gneas y en los yacimientos mineralesrelacionados con ellas, a las que denomin de la manera siguiente:ORTOMAGMTICAPEGMATTICANEUMATOLTICAHIDROTERMALSOLFATRICA

Diagrama de NIGGLI

V = Voltil

R = Refractario

a1 Inicio de la cristalizacin del magma


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Etapa ortomagmticaDurante esta etapa cristalizan los silicatos que van a formar la roca principal delmacizo plutnico, desde el olivino hasta el cuarzo, y minerales de importanciaeconmica, como la pentlandita, nicolita, cromita, ilmenita, magnetita y diamante, ascomo los metales nativos del grupo del platino.Al final de esta etapa la roca se ha consolidado, quedando en solucin los voltiles y laparte ms soluble de los refractarios.

Etapa pegmatticaDurante esta etapa el lquido residual se infiltra en las fracturas de la roca gnea y delas rocas encajonantes.

LOS VOLTILES QUE LLEVAN LOS REFRACTARIOS DAN LUGAR A LA FORMACIN DE GRANDESCRISTALES (MAYORES DE 32MM) QUE CONSTITUYEN LAS ROCAS, POR LO GENERALFILONIANAS, QUE SE DENOMINAN PEGMATITAS.

Algunas de ellas se explotan por su contenido en litio, berilio, niobio, tntalo, torio,tierras raras, micas, feldespatos para cermica, cuarzo piezoelctrico y piedras

preciosas como el zafiro y rub (variedades del corindn), la esmeralda, aguamarina,heliodoro y morganita (variedades del berilo), as como el topacio.

Etapa neumatolticaEn la etapa neumatoltica el material intersticial es gaseoso y al circular a travs de losporos de las rocas se comportar sobre todo como agente destructor. En su presencialos feldespatos son seudomorfizados por:

La turmalina (turmalinizacin)Las werneritas (escapolitizacin), o bien porUna mezcla de cuarzo y mica blanca (greisenizacin)

En la aureola peri plutnica se individualizan, adems filones de cuarzo que puedencontener elementos explotables, como el Sn, W, Mo y Bi, a partir de la casiterita,

wolframita, molibdenita y bismutinita, respectivamente, denominada la tetraloganeumatoltica.

Etapa hidrotermalEn la etapa hidrotermal el vapor de agua se condensa, dando lugar a lquidos quepueden contener diversos minerales solubles.El enfriamiento de las soluciones produce la precipitacin de dichos minerales, dandoorigen a yacimientos de:

CobreOroPlomoZincPlataAntimonio, etc.

La roca puede sufrir las siguientes alteraciones hidrotermales:Caolinizacin de los feldespatos potsicosSericitizacin de las plagioclasasCloritizacin de la biotita y hornblendaUralitizacin de los piroxnosSerpentinizacin del olivino, y laPropilitizacin, fenmeno que da lugar a la formacin de rocas verdes compuestas

de epidota, actinolita y clorita, acompaadas de sericita, calcita, albita y pirita, quecon frecuencia son indicios de una mineralizacin sulfurosa hidrotermal.

Etapa solfatricaFinalmente, en la etapa solfatrica se escapan gases como el SO3, CO2 y H2BO3.


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En algunos lugares se llegan a explotar el brax y el azufre nativo, generados en estaetapa.

6.3 ASIMILACIN y MEZCLAS MAGMATICAS

Es el proceso mediante el cual el magma original se incorpora al material con el quese haya en contacto, sufriendo modificaciones en su composicin.

Es la destruccin total o parcial de rocas o magmas originales para reconstruir unmagma nuevo que puede incluso llegar a ser homogneo pero de composicinintermedia de acuerdo con bowen. Por ejemplo:La asimilacin puede ser de;a) Rocas encajonantesb) Xenolitosc) Otro magma de composicin diferente (mezcla de magmas o hibridizacin).

De este modo, el magma original puede sufrir una modificacin en su composicin,

dicindose en estos casos que se ha contaminado.Composicin del material obtenido.

La composicin de la roca gnea resultante cuando este magma contaminado cristalizadepender de:

Las composiciones del magma original y del material asimiladoLa proporcin en que se encuentre este ltimo.

El magma, a menos que est sper calentado a temperaturas superiores al liquidus,est limitado en la cantidad de roca que puede fundir. Se podr esperar un granporcentaje de fundido slo si:

La roca invadida est ya muy calienteEst compuesta fundamentalmente de vidrio

Su temperatura solidus est mucho ms abajo que la del magma.

Condiciones para que haya asimilacin.

Desde el punto de vista fsico-qumico es posible representar a la asimilacin como unproceso complejo de reacciones recprocas entre el magma y el material incorporado,intercambio que tiene lugar hasta la completa homogeneizacin.

ESTE FENMENO SE TRADUCE EN LA DESTRUCCIN DE LOS MINERALES ORIGINALES Y EN LAFORMACIN DE NUEVOS MINERALES EN EQUILIBRIO CON LAS NUEVAS CONDICIONESREQUERIDAS PARA LA EVOLUCIN DEL MAGMA.

La asimilacin ser ms rpida entre mayor sea el desequilibrio entre el magma y elmaterial incorporado, como es el caso del material grantico disuelto por un magmabaslticoEn cambio, un xenolito de arenisca arcsica ser asimilado difcilmente por un magmarioltico, dadas sus composiciones similares.

Productos obtenidos por asimilacin.

Por el proceso de asimilacin se ha sugerido la gnesis de diversas rocas gneas,tales como:Dioritas y andesitas, por;

Reaccin del magma rioltico con gabros, basaltos o calizas

Reaccin del magma basltico con rocas silicas, y rocas feldespatidicas,Asimilacin de calizas o dolomas por magmas silcicos.


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LIMITE ENTRE EL METAMORFISMO Y EL MAGMATISMO

Es variable, depende de la composicin mineralgica y el contenido de fluidosprincipalmente agua. La definicin estricta del lmite es cuando se inicia la formacinde fluidos.Las rocas cuarzo-feldespticas funden fcilmente formando migmatitaseste fenmenose conoce como Anatxia o Granitizacin.Las anfibolitas no funden en las mismas condiciones.La Anatxia es considerada como un metamorfismo de alto grado con un rango de

temperatura y presin no definido.

La fusin parcial

La fase esencial requerida por definicin por cualquier magma es lquida.LA GEOFSICA SEALA QUE NO EXISTEN DEPSITOS DE MAGMA LQUIDO EN LA CORTEZATERRESTRE O EN EL MANTO SUPERIOR A NIVEL MUNDIAL.Bajo la litsfera ocenica o bajo algunos volcanes como el Etna se han detectadozonas con velocidades ssmicas anormalmente bajas y de alta conductividad elctrica,en rocas con una pequea fraccin de lquido intersticial, pero slo a nivel local.EN AUSENCIA DE UNA FUENTE LQUIDA PERMANENTE A ESCALA MUNDIAL, EL MAGMA DEBEGENERARSE POR FUSIN DE ROCAS PREVIAMENTE SLIDAS.

Condiciones para producir la fusin parcial.

Para iniciar la fusin no basta elevar la temperatura de una masa rocosa por encimadel solidus, sino que se requiere de una energa adicional -la entalpa de fusin- pararomper las retculas cristalinas y producir lquidos.


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UNA VEZ ALCANZADA LA TEMPERATURA DE FUSIN, EL CALOR EXTRA NECESARIO PARA ELCAMBIO DE SLIDO A LQUIDO PUEDE SER TAN GRANDE COMO EL LLEVAR AL SLIDO A ESATEMPERATURA.

Cuando un componente esencial del lquido se ha consumido por completo, no habrgeneracin posterior de lquido, a menos que la temperatura aumente de tal modo que

la fusin comience de nuevo en un sistema ms simple en donde falte esecomponente.

LA INESTABILIDAD GRAVITACIONAL Y LA GRAN CANTIDAD DE CALOR REQUERIDA PARAPRODUCIR LQUIDOS HACEN MUY IMPROBABLE QUE UN MACIZO ROCOSO SE PUEDA FUNDIRPOR COMPLETO.

La granitizacin y la tectnica

As como los basaltos, tambin los granitos pueden agruparse

CLASIFICACIN DE LOS GRANITOS BASADA EN EL EMPLAZAMIENTO

TECTNICOGRANITOIDES OROGNICOS De Arcos de slas De Mrgenes continentales (subduccin) De Colisin de placas continentales

GRANITOIDES TRANSICIONALES Post orogenicos (formacin de calderas)

GRANITOIDES ANOROGNICOS Continentales (de rift)

Puntos calientes Ocenicos (de dorsal) Puntos calientes

Tipos de material y ambientes de generacin de los magmas.

La mayora de los petrlogos aceptan, en la actualidad, la existencia de tres tipos dematerial original para la generacin de magmas en tres ambientes distintos:

a) La fuente del magma basltico estara en la fusin selectiva del material peridotticoque constituye el manto (ol + cpx+opx gr), dando lquidos enriquecidos en SiO 2,

Al2O3, FeO, CaO, Na2O, K2O y H2O en las dorsales meso ocenicas.

b) La subduccin de la corteza ocenica transporta las rocas baslticas a profundidad,donde sufren fusin parcial, dando lugar a magmas de composicin andestica odactica, muy probablemente contaminados con material de la cua mantlicasuprayacente.

c) La fusin parcial de la corteza continental (anatexis) da lugar a magmas decomposicin rioltica.

MIGMATITAS.Existen varios tipos de migmatitasMigmatitas tipo veta. Los leucosomas forman una red ramificada irregular de vetasque separan bloques de melanosomas.


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Migmatitas estromticas. Son las migmatitas mas comunes, forman capasconcordantes alternadas de leuco y melanosomas.Nebulitas. Predominan los leucosomas que se mezclan irregularmente con losmelanosomas formando manchas nebulosas.Agmatitas. Fragmentos de protolito o protolito brechado en matriz de leucosoma.

MIGMATITASEl origen de las migmatitas ha sido controversial desde el significado mismo de sutermino. Existen tres teoras principales;

1. Las migmatitas se producen por inyeccin de un leucosoma granitico en una rocaesquistosa melanosomatica con alto grado de metamorfismo.2. Las migmatitas se producen por fusin parcial bien localizada en reas especiales

(anatexis).La mezcla fundida produce granitoides de leucosoma.El melanosoma es considerado como el protolito residual del cual fue extrada la

mezcla fundida.3. Las migmatitas son creadas por diferenciacin metamrfica o intercrecimientometasomtico de los leucosomas. No existe la fusin parcial.

CAPITULO 7

GNESIS DE LOS MAGMAS CALCIALCALINOS

Magma primarioEs aqul capaz de producir por diferenciacin todos los miembros de una serie derocas gneas.

DEBE POSEER LA TEMPERATURA LIQUIDUS MS ALTA DE LA SERIE.

Su contenido en minerales esenciales y accesorios debe ser tal que su sustraccinprogresiva condiciones las composiciones de las rocas que se van formando con cadamagma residual diferenciado. Generalmente los magmas bsicos o mficos renenestas condiciones, por o tanto, la mayora de las series magmticas son mficas.

Circunstancias para que se fundan las rocas

Por sismologa se sabe que la corteza y el manto se comportan como slidos; portanto, los magmas que se originan en esos lugares se deben a la fusin parcial delas rocas, ms que a la movilizacin de un fundido preexistente en una cmaramagmtica.EL PROBLEMA DE LA GNESIS DE LOS MAGMAS ES, EN CONSECUENCIA, FUNCIN DE LASCIRCUNSTANCIAS BAJO LAS CUALES SE FUNDEN LAS ROCAS. ENTRE ELLAS SEPUEDEN CONSIDERAR:

La liberacin de la presin litostticaLa migracin de las rocas a reas de mayor temperatura o menor presinLa adicin de fluidosEl calor producido por desintegracin radiactiva o por friccin

LOS MAGMAS QUE SE HAN CONSIDERADO COMO PRIMARIOS SON, PRINCIPALMENTE, LOS

BASLTICOS Y LOS GRANTICOS.


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cuarzo eclogitas en las zonas de subduccin (Green y Ringwood, 1968)

d) Fusin parcial del manto peridottico bajo condiciones hidratadas(Poldervaart,1955)

f) Fusin parcial de la corteza ocenica y reaccin de los lquidos generados con elmanto suprayacente (Nicholls y Ringwood, 1973).

g) Fusin parcial de material silico y modificacin posterior del magma generado porcontaminacin con material bsico o por hibridismo(Holmes,1932; Turner yVerhoogen, 1960).

7.2.1 cristalizacin de un magma basltico

ARGUMENTOS A FAVOR:

En un magma toletico rico en agua, es decir bajo presiones elevadas del O2, lamagnetita sera uno de los primeros minerales en cristalizar, lo que conducira a unempobrecimiento en hierro de los miembros intermedios y flsicos de la serie.

La cristalizacin precoz de la kaersutita, anfbol pobre en SiO2 y rico en TiO2,explicara el enriquecimiento de aqul y el empobrecimiento de ste en los miembrosflsicos e intermedios.

La geofsica sugiere la presencia de grandes cantidades de gabro debajo de las fajasorognicas, el cual representara el material sustrado a un magma basltico paragenerar un magma andestico.

ARGUMENTOS EN CONTRA:Las andesitas son las rocas ms abundantes de las fajas orognicas y no los basaltos.

La ausencia de enriquecimiento en Fe de los miembros intermedios de la serie dificultala explicacin de su procedencia de magmas baslticos toleticos o alcalinos

7.2.2 contaminacin

ARGUMENTOS A FAVOR:Cuando las relaciones Sr87/Sr86 son altas (del orden de 0.720) no se excluye quealgunos miembros flsicos de la serie se originen en la corteza por un proceso

anatcticoMuchas caractersticas de las asociaciones plutnicas de las zonas de subduccinparecen requerir una larga secuencia de procesos deasimilacin cortical.En algunos casos no se puede excluir la incorporacin de cantidades pequeas desedimentos en las rocas andesticas que explicaran satisfactoriamente la presencia dealgunos elementos como el bario y la composicin isotpica del estroncio.

ES POSIBLE, PUES, QUE EN LA GNESIS DE LOS MIEMBROS FLSICOS DE LA SERIEINTERVENGA MS DE UN PROCESO, EN GRADOS , LUGARES Y TIEMPOS DIFERENTES.

As,Taylor (1969) seala dos etapas:1 ) fusin parcial del manto para formar lacorteza ocanicade las dorsalesy 2) fusin parcial subsecuente de esta corteza enlaszonas de subduccin.


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ARGUMENTOS EN CONTRA:No se aplica en reas donde las rocas de la serie descansan directamente sobrecorteza ocenica.

En muchas rocas calcialcalinas se obtienen valores bajos en la relacin Sr87/Sr86 (delorden de 0.7035), cercanos a los del manto e inferiores o iguales a los de los basaltosde las dorsales que derivaron de un manto empobrecido

CONTENIDOS BAJOS EN ELEMENTOS INCOMPATIBLES (K,Rb, Ba, Cs, Th, U....) QUE EXCLUYENUNA CONTAMINACIN SILICA

Temperaturas liquidus de miembros intermedios de la serie demasiado altas (mayores de 1 000 C ) incluso en condiciones hidratadas, lo que hace poco probablela gnesis de magmas andesticos en la corteza

Estudios sobre la abundancia de elementos traza de los sedimentos ocenicos yandesitas ha demostrado que el contenido de aqullos en stas representa slo unpequeo porcentaje.

PARECE SER QUE EL CONTENIDO EN ELEMENTOS MAYORES DE LA SERIE CALCIALCALINA ESORIGINAL Y NO REFLEJA UN GRADO IMPORTANTE DE CONTAMINACIN POR SEDIMENTOS.2)

7.2.3 Fusin parcial de la corteza ocenica en las zonas de subduccin

La introduccin de agua en la placa ocenica subducente favorece la transformacinde los basaltos en anfibolitas, las cuales son susceptibles de sufrir una fusin parcialposterior, a presiones que pueden alcanzar hasta 10 kb (35 km), dando lugar amagmas toleticos o calcialcalinosSI P AGUA < P LITOSTTICA SE PUEDE OBTENER UN MAGMA CALCIALCALINO Y UN RESIDUO

CONSTITUIDO ESCENCIALMENTE DE ANFBOL Y PIROXENO

A profundidades del orden de 70 km (20 kb) y bajo condiciones anhidras, las toletasde cuarzo se transforman a cuarzo eclogitas

Entre 100 y 150 km de profundidad la fusin parcial de la cuarzo-eclogita, en ausenciade agua, genera lquidos de composicin andestica, mientras que bajo condicioneshidratadas es riodactico, dejando un residuo de clinopiroxeno y granate.

ECLOGITA

Roca de metamorfismo regional de alto grado, a partir de rocas bsicas, sinmostrar foliacin y constituida por onfacita y granate.


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Eclogita. Esenciales: granates y piroxnos (onfacita). Accesorios: anfboles,clorita, esfena, moscovita, albita, cuarzo, rutilo y pirita

Eclogita: roca no esquistosa de grano grueso. Minerales esenciales: piroxeno(verde) y granate (rojo).

Un tipo particular de metamorfismo regional, es el que se da en las zonasprofundas, por lo que el factor predominante es la presin litosttica sin quehalla una correspondencia en el aumento de la temperatura. Se forma una rocamuy densa llamada eclogita (piroxeno y granate).

Granoblstica: la presentan rocas generadas por metamorfismo de contacto ytambin la eclogita. Es igual a la granuda de las rocas gneas

El producto resultante sera funcin de la profundidad y temperatura a la que ocurre lafusin parcial y del grado de fraccionamiento sufrido por el magma as formado.

Sin embargo, este modelo no considera la interaccin de los magmas as obtenidoscon la cua del manto suprayacente a la zona de Benioff.

7.2.4 Fusin parcial del material peridottico bajo condiciones hidratadas

Poldervaart(1955) sugiri que el producto de la fusin parcial de un manto superiorultramfico, bajo condiciones de alta PH2O, sera ms andestico que basltico

OHara (1968) demostr que en un medio hidratado y para P= < 10 Kb, los primeroslquidosprovenientes de la fusin parcial de peridotitas son ricos en Qz normativo , loscuales podran generar la serie calcialcalina

Kushiro y Kuno (1969) realizaron experimentos en el sistema MgO-SiO2-H2O. En laFig:XII-1se observa que a 20Kb y con exceso de agua, por encima de 1275C laenstatita funde incongruentemente produciendo algo de forsterita y un lquido ms ricoen SiO2 que la enstatita. El campo de cristalizacin del olivino muestra una notableexpansin por comparacin con las condiciones anhidras, en donde no alcanza lacurva liquidus de saturacin en slice, al desaparecer el peritctico

DE ESTE MODO SE GENERARA UNA TOLETA CON UN PEQUEO PORCENTAJE DE QZNORMATIVO, PERO LA FORMACIN DE MAGMAS ANDESTICOS O DACTICOS (CON 10 A 25% DEESE MINERAL) ES DIFCIL DE VISUALIZAR POR ESTE PROCESO.


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Para explicar la formacin de estos magmas Kushiro et al.(1972) realizaronexperimentos en una lherzolita de espinela, arrojada como xenolito por el volcn SaltLake de Hawaii

El vidrio resultante de la fusin parcial de esa peridotita, que coexista con olivino y

piroxenos residuales, era rico en SiO2 y pobre en FeO y MgO, comparable a unadacita, aunque su porcentaje en CaO (10.2) era demasiado alto.

LOS AUTORES SEALARON LA POSIBILIDAD DE QUE UN AUMENTO EN EL GRADO DE FUSINPARCIAL DE LA ROCA EMPOBRECERA ESE PORCENTAJE.

Basndose en las dos ltimas hiptesis mencionadas Nicholls y Ringwood (1973)elaboraron un modelo coherente de generacin de los magmas calcialcalinos, que seresume a continuacin.

7.2. 5 c) Reaccin de los lquidos generados por la fusin parcial de la cortezaocenica con el manto suprayacente

La fusin parcial de la corteza ocenica subducente tiene lugar a temperaturasentre 750 y 900 C, bajo condiciones hidratadas, dando lugar a magmas ricos enslice con un residuo de eclogita a profundidades mayores de 100 KmESOS MAGMAS ASCIENDEN Y REACCIONAN CON EL MANTO, TRANSFORMANDO LAPIROLITA EN PIROXENITA, LA CUAL SUBE A SU VEZ POR DIAPIRISMO Y SUFRE FUSINPARCIAL

Aquellos diapiros que ascienden desde la zona de Benioff a profundidades de 100a 150 Km y que experimentan una segregacin magmtica entre 60 y 100 Km, conun 20% de fusin parcial darn lugar a magmas toleticos

Si la segregacin acaece entre 40 y 70 Km los magmas sern de andesitabasltica, mientras que a profundidades menores de segregacin (20-40 Km),sern andesticos.Despus de segregarse de sus diapiros, los magmas ascienden sufriendofraccionamiento en sistema cerrado, con la separacin de las fases siguientes:

Granate y piroxeno, entre 70 y 100 km de profundidad Anfbol, piroxeno y olivino, entre 40 y 70 Km Plagioclasa y piroxeno, a profundidades menores

DE ESTE MODO SE PUEDE GENERAR TODA UNA AMPLIA GAMA DE LQUIDOSCALCIALCALINOS DE COMPOSICIN BASLTICA A RIOLTICA, SIENDO LOS MSFRECUENTES LOS ANDESTICOS, COMO CORRESPONDE A LA SERIE CALCIALCALINA

7.3 resumen de las tres teoras sobre la gnesis de las series calco alcalina.

A medida que profundiza el plano de Benioff tiene lugar el paso progresivo deminerales hidratados a minerales anhidros en la corteza ocenica subducente

El agua as generada emigra hacia el manto peridottico suprayacente abatiendo elsolidus y, en consecuencia, provocando la fusin parcial de la peridotita

EL MAGMA RESULTANTE ES RICO EN SIO2, POBRE EN FeO Y MgO Y DE NATURALEZAANDESTICA-DACTICA

Como la fusin parcial, bajo condiciones anhidras, de una lherzolita de espinelagenera magmas toleticos a presiones inferiores a 15 kb, y magmas alcalinos a


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presiones superiores a 20 kb, as como magmas calcialcalinos bajo condicioneshidratadas, los tres magmas tipo ms importantes se pueden formar a partir del mismomaterial bajo distintas condiciones.

ESTA SIMPLIFICACIN DEL PROBLEMA DE LA GNESIS DE LOS MAGMAS HACE MUYATRACTIVA LA HIPTESIS

7.4 Gnesis de los magmas calcialcalinos en las zonas de subduccin

Material original = Corteza ocenica (Basaltos toleticos).

Metamorfismo + introduccin de agua a P inferiores a 15kb (50km) = Anfibolitas.

Deshidratacin de las anfibolitas y reaccin de los lquidos generados con el mantosuprayacente= MAGMAS TOLETICOS DE LOS ARCOS INSULARES.

Deshidratacin de anfibolitas = Formacin de cuarzo eclogitas en el plano de Benioff.

Deshidratacin de las serpentinitas del manto= Fusin parcial de las cuarzo eclogitas.

Reaccin del lquido cuarzo eclogtico con el manto suprayacente = Piroxenitas.

Fusin parcial de la piroxenita y ascenso diaprico subsecuente = MAGMAS

CALCIALCALINOS DE LOS ARCOS INSULARES.

Fusin parcial de la piroxenita, ascenso diaprico y reaccin con la corteza continentalo fusin de sta =MAGMAS CALCIALCALINOS DE LAS MRGENES CONTINENTALES.

Deshidratacin casi completa del plano de Benioff a presiones superiores a 20kb

(70km) = MAGMAS SHOSHONTICOS O ALCALINOS.

7.5 Gnesis de las rocas plutnicas calcialcalinas

Es mucho ms compleja y poligentica que la de las rocas volcnicascorrespondientes

Se han invocado los procesos siguientes: ULTRAMETAMORFISMO Y ANATEXIS DE LA CORTEZA HIBRIDISMO O MEZCLA DE MAGMAS CRISTALIZACIN FRACCIONADA DE MAGMAS CALCIALCALINOS DIFUSIN AL ESTADO SLIDO (GRANITIZACIN)

Se ha llegado a un acuerdo de que la mayora de los magmas calcialcalinosascienden desde profundidades de 150 Km a partir del plano de Benioff.

Su enfriamiento a travs del manto y la corteza constituye una fuente de calor enlas rocas circundantes, lo que provocara metamorfismo y anatexis.


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CONCLUSIONES DE GREEN Y RINGWOOD. (1967,1983)

1. Los diferentes tipos de magma provienen de un manto de composicin piroltica(una parte de basalto por tres de peridotita).

2. La composicin del magma resultante est determinada por el grado de fusinparcial y la presin (profundidad) a la que se separa el magma de su residuo slido (fusin parcial).

3. Un alto grado de fusin parcial favorece los magmas alcalinos, mientras que unporcentaje menor de fundido producir magmas toleticos.

ADEMS PROPONEN MEDIANTE MODELACIONES ESPECIFICAS LA VARIACINDE LA COMPOSICIN MINERALOGICA DE LA PROLITA SEGN SUPROFUNDIDAD.

Si varia la presin entonces variara;

1.- El grado de fusin parcial,2.- La composicin del lquido magmtico y3.- La composicin mineralogica.

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CAPITULO 8

CALDERAS

8.1 ANTECEDENTES

Primero determinaremos el trmino caldera: Williams (1941), lo defini como unadepresin volcnica grande, mas o menos circular o en forma de circulo. Esto es unrasgo morfolgico generalmente mas grande que un crter volcnico. La mayora delas calderas conocida son producto de hundimiento (colapso). Smith (1968) incluyedentro del termino caldera todas las estructuras de subsidencia volcnica sin importarforma o tamao, profundidad de erosin o conexin con volcanismo superficial. Smithincluye depresiones volcano tectnicas grandes de forma mas o menos rectangular oirregular y otras estructuras que estn relacionadas a procesos genticosfundamentales que controlan la formacin de calderas, pero cuya forma esta

controlada por la tectnica regional. En el caso de la Sierra Madre Occidental por elsistema de fallamiento de sierras y cuencas.

El termino fractura anular se usa como referencia a las fracturas y fallas que limitan oestn relacionadas a la parte hundida o colapsada. En la mayora de las calderasestas fracturas estn acomodadas mas o menor circularmente, pero en otras no. (Sialgunos no pueden imaginarse una fractura anular recta, entonces cambiaremos eltrmino a fractura maestra o fractura limitante). Sin embargo, como las fracturasanulares no son simples, sino forman amplias zonas, el termino seria zona defracturamiento anular (o zona de fracturamiento maestro). En algunas calderas, elvolcanismo del fracturamiento anular puede estar fuera de las fallas principales delrea hundida.

El termino caldera resurgente (Smith y Bailey 1968) lo define como una calderadonde el bloque hundido despus de la subsidencia inicial, ha sido levantado,generalmente en la forma de un domo estructural. El domo estructural puede estarfracturado radialmente o concntricamente, o ambos, adems esta comnmenteasociado a fallas secundarias producidas por el levantamiento. Las calderasresurgentes comnmente, pero no necesariamente, exhiben volcanismo resurgente opost resurgente alo largo de las fracturas anulares o a lo largo de las fracturas dentrodel domo estructural.

EVOLUCIN DE CMARAS DE MAGMA SILCICO FORMADO POR EL EMPLAZAMIENTO DE MAGMA BASALTICODERIVADO DEL MANTO INCRUSTADO EN LA CORTEZA.

a) ETAPA TEMPRANA CON LA CORTEZA FRA EL MAGMA DEL MANTO SE INTRODUCE PORFRACTURAS.

b) EL MAGMA MFICO ATACA A LA CORTEZA Y CAUSA LA Anatxia.EL MAGMA BSICO MAS DENSO ES ENCAJONADO EN LA CORTEZA MAS LIGERA Y SE MEZCLAFORMANDO INTRUSIONES DELGADAS Y VOLCANISMO.

c) CUANDO UNA REA REGIONAL DE LA CORTEZA ES INTENSAMENTE FUNDIDA, SE GENERAN} GRANDES CUERPOS DE MAGMA SILCICO QUE GENERAN EVENTUALMENTE LAS ABUNDANTES

ERUPCIONES DE IGNIMBRITAS Y EL COLAPSO DE LAS CALDERAS


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EVOLUCION DEL VESUVIO

8.2 ETAPAS DE EVOLUCION DE LAS CALDERAS

Smith et al (1964) usando como modelo la caldera Valles de Nuevo Mxico reconoceuna serie de siete etapas de eventos volcnicos, estructurales y sedimentarios. Loseventos sedimentarios son superficiales en comparacin con los volcnicos yestructurales, pero no solo sirven para marcar el tiempo de ausencia de eventosvolcnicos antes o despus del resurgimiento dmico, sino que puede ser de valor

critico en la determinacin del tiempo relativo de la resurgencia dmica y los eventosvolcnicos dentro de la secuencia total.

ETAPA 1. Combamiento regional y formacin de las fracturas anulares.


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El combamiento regional se refiere al arqueamiento de un rea ms grande que lamarcada por las fracturas anulares exteriores. Esta etapa es muy lenta y durante unperiodo muy largo de las cuales tendrn ligar las erupciones catastrficas deignimbritas y tobas. Evidencias de este combatimiento son muy ambiguas, y quizs enla mayora de los casos la mejor evidencia del combatimiento es la misma zona defracturamiento anular, si se puede demostrar que las fracturas existan antes de laerupcin de las ignimbritas.

ETAPA 2.

La zona de fracturamiento anular parece ser la nica fuente de salida de lasignimbritas, esto sugiere fuertemente la existencia de fracturas anulares pre-emplazamiento de las ignimbritas.

Muchas calderas tienen actividad volcnica por la zona de fracturamiento anular aundespus del hundimiento central, en contraste con la actividad puntual o centralizadade un volcn. Esto supone un bloque central intacto que se hunde y cuyos lmites son

las fracturas anulares formadas durante el combamiento. O arqueamiento de una partedel terreno con la consecuente formacin de fracturas radiales y concntricas, a lolargo de las cuales ocurre el subsecuente hundimiento. Claro que este arqueamiento yfracturamiento anular no son preludios necesarios para la formacin de una caldera enun volcn con salida puntual o central, sin embargo, ver los estudios del volcn SantaElena en Oregn, U.S.A

ETAPA II. ERUPCIONES FORMADORAS DE LA CALDERA.

El arqueamiento regional termina cuando hacen erupcin grandes volmenes deignimbrita a partir del sistema de fracturamiento del combamiento. Los volmenes deignimbrita que salen varan de 50 500 Km3, la duracin de las erupciones que

producen ese volumen de ignimbritas es desconocido. Esto puede ser en poco tiempo,poco tiempo significa unos aos pero con amplio margen. Consideraciones de rasgoserosinales dentro de los depsitos entre dos ignimbritas en la caldera Valles (Smith yBailey, 1968), parecen indicar que poco menos de 10 aos es un periodo real.

ETAPA III. HUNDIMIENTO DE LA CALDERA

Debido a las evidencias en el modelo de la caldera Valles, la erupcin y el hundimientoson dos etapas separadas pero los procesos son concurrentes, especialmente cuandolos volmenes de ignimbrita que hicieron erupcin son muy grandes. El hundimientofinal debe seguir despus de las erupciones mayores de la etapa II. La etapa II no esel tiempo de emplazamiento de los diques anulares, estos tienen lugar en etapas

posteriores cuando la presin positiva del magma se ha restaurado. Los diquesanulares que se forman durante las etapas erupcin hundimiento son angostos,residuales, mas bien rellenan fracturas y quiz con hinchamientos o arqueamientoslocales, los cuales estn relacionados a focos eruptivos prominentes y que sondiferentes fsica y genticamente a los anchos diques anulares que estn asociados alos complejos anulares.

Es posible que en algunas calderas el hundimiento empieza durante la etapa I pordoblamiento o fallamiento de un graben apical en la parte mas alta del combamiento.Pero si el hundimiento inicial se puede demostrar, ste no oscurece la secuencia deeventos mayores indicados aqu como etapas. El hundimiento de las calderas tienelugar a lo largo de fracturas anulares verticales o casi verticales. De hecho lo que sehunde es un cilindro intacto de corteza, mas que una forma cnica o un hundimiento


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catico. Esto nos ayuda para distinguirlo de las calderas comunes de los volcanescentrales.

ETAPA IV. VOLCANISMO Y SEDIMENTACION DE PRERESURGENCIA

El periodo que sigue inmediatamente despus del hundimiento de la caldera es unperiodo de extremo desequilibrio, tanto en la cmara magmtica como dentro de lacaldera.

Indudablemente, las paredes verticales inestables de la caldera sufren excavacin,avalanchas, derrumbes y deslizamientos por gravitacin. Con la restauracin parcialde la presin del magma, este depsito de sedimentos gruesos puede estaracompaada por erupciones piroclsticas y / o derrames. Y simultneamente los lagostambin se pueden formar dentro de la caldera.

El relleno de sedimentos es un proceso continuo, una vez que la caldera, se haformado. Pero es til conocer que los eventos posteriores al hundimiento dependendel estado de erosin de la caldera. La duracin de la etapa IV es corta y algunasveces no se puede distinguir de los depsitos de la etapa V.

EATAPA V. DOMOS RESURGENTES O RESUSRGENCIA DE LA CALDERA

La mayora de las calderas presentan domos centrales estructurales bien definidos.Estos domos se caracterizan por tener grabens longitudinales, radiales o apicales, uotro tipo de fallas de distensin o ambos. Los echados radiales del aluvin despus dellevantamiento en el centro de la caldera, varan desde horizontales hasta mas de 65.Los mximos relieves estructurales en los grabens es ms de 1000 metros.

En general la resurgencia de las calderas esta acompaada por volcanismo defractura anular. La actividad puede ser intrusita y/o efusiva y tambin puede ser a lolargo de los grabens u otras fracturas en el domo (resurgencia)

Los lagos son una parte integral de la historia despus del colapso o hundimiento delas calderas y la ausencia completa es anormal, aunque algunos lagos pudieron haber


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sido drenados a travs de un arroyo principal o algo as. Ms aun, se puede especularque la resurgencia provoca el inicio del drenado del lago formado por el hundimiento.Esto es, el drenado del lago es una consecuencia de la resurgencia del ciclo de lacaldera.

ETAPA VI. MAXIMO VOLCANISMO DE LA FRACTURA ANULAR

El volcanismo del lmite de la caldera o zona de fractura anular sigue a la formacin dela resurgencia. En la etapa VI termina la ltima erupcin de la evolucin de unacaldera. A veces esta etapa puede requerir otras subdivisiones basadas en la marcadavariacin de la composicin de los materiales producidos.

El volcanismo de esta etapa VI, comnmente estn inter estratificados o sobreyacen almaterial no deformado de los sedimentos lacustres y relleno de la caldera que se

acumul despus de la resurgencia. Mucho de ese relleno puede derivarse de laserupciones piroclsticas de esta etapa. Estas erupciones, son de menor dimensin y

cubren reas mas reducidas, las cuales pueden llegar a separarse. La duracin deesta etapa VI es de 800,000 aos +- 100,000 mucho mayor que las anteriores aexcepcin de la primera y la ultima.

ETAPA VII. ACTIVIDAD SOLFATRICA FINAL Y DE AGUAS TERMALES

Las aguas termales y las solfataras probablemente estn activas a travs de la mayorparte de la evolucin de una caldera y se puede establecer que esta etapa VII traslapatodas las anteriores. Sin embargo, esta continua aun despus de que las erupcioneshan terminado, es la razn por la que constituye la actividad final de la disminucin dela actividad volcnica.

CONSIDERACIONES

Esta ultima etapa puede durar mucho tiempo sobre todo en las calderas epicontinentales, como es el caso en Mxico, los sistemas hidrotermales activos pormucho tiempo sugieren un gran potencial para la formacin de yacimientos minerales.Parece lgico pensar que las etapas VI y VII de la evolucin de una caldera tendrnuna duracin mayor, si las calderas a que se refieren son mas grandes, esto se debe aque es mayor el volumen de magma involucrado, aunque tambin puede influir otrosfactores como la forma y la profundidad de la cmara magmtica. Si seguimos en estalnea de razonamiento, los sistemas hidrotermales activos grandes periodos seasocian generalmente con los volcanes silicios.

La relacin es particularmente bien demostrada si es comparada con las vastas reasde rocas alteradas hidrotermalmente que estn asociadas con el volcanismo silito dela Provincia de Cuencas y Sierras, y se podr demostrar algn da, que la mayor partede la alteracin epitermal de la provincia de Cuencas y Sierras esta relacionada a laactividad final de las calderas de la Sierra Madre Occidental.

Ya algunos autores han calculado el numero de posibles calderas existentes dentrodel rea de la Sierra Madre Occidental, de acuerdo al volumen del material volcnico yse proponen desde 50 hasta mas de 400; la verdad es que hasta la fecha son menosde 10 calderas las que han sido reconocidas plenamente y la mayora de ellas dentrodel Estado de Chihuahua.


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(2)En el plutn existen zonas de composicindiferente, con magma viscoso rico en slice(SiO2) y gases disueltos en el techo(naranja). En un momento dado se produce laerupcin. Sobre una gran factura anular sedesarrollan columnas plinianas.

(3) Minutos u horas despus, se hunde el

techo del plutn a todo lo largo de la fractura,dejando una caldera; las columnas plinianasceden paso a coladas piroclsticas (3).

(4) La erupcin dura pocos das. Colmata lacaldera con ignimbrita y cubre la regincircundante (4). La pared de la calderaempieza ya a erosionarse (punteado negro).

(1) Magma situado a solo unos 4 o 5 Km de lasuperficie. Forma un pluton que va

enconchando la superficie

(5) Tambin puede formarse un lago

(6)Mucho despus, durante un perodode algunos centenares de miles deaos, la intrusin de magma nuevo enel plutn provoca una nueva ascensinde parte del fondo de la caldera.

(7)Persiste una actividad volcnicamenor a lo largo de la factura anular.

(8)El calor del plutn puede impulsarcorrientes convectivas de agua rica enminerales y dar lugar a manantialestermales y giseres en la superficiedurante millones de aos.

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magma (petrologia)

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