Evolución ígnea de la Tierra

Petrografía - 2015

Estructura interna de la TierraComposición de las diferentes capasVariaciones de Presión y TemperaturaRelación de procesos ígneos y ambientes tectónicos

Dra. Sonia Quenardelle

PETROLOGÍA ÍGNEA

Estudia los fundidos (magmas) y las rocas que cristalizan a partir de ellos

De qué se trata la materia PETROGRAFÍA??

PETROGRAFÍA

Rama de la petrología que trata de la observación (macro y microscópica) y descripción objetiva de las rocas

(composición mineralógica y disposición espacial de los minerales)

¿Cómo estudian las rocas ¿Cómo estudian las rocas los los petrólogospetrólogos??

Recolectan “muestras” y las estudian Cómo?

• Identificando y describiendo MINERALOGÍA y TEXTURAMINERALOGÍA y TEXTURA

• Clasificando y comparando • Clasificando y comparando

• Analizando químicamente y comparando resultados

• Elaborando modelos y tratando de corroborarlos, ya sea a través de modelados teóricos o de laboratorio

En síntesis tratan de ser “historiadores” que interpretan e infieren los procesos actuantes sobre las rocas

ROCAS: conjuntos de minerales

Minerales formadores de rocas

Minerales primarios: se forman directamente por la cristalización magmática

• Esenciales o Principales : son los que permiten clasificar a la roca(importa su % pero también si están presentes en escasa proporción o aún si están ausentes)

•característicos: son los máficos que ayudan a definir la clasificación

• Accesorios menores : son los que se presentan en proporción < 5%

- x – o – x – o – x – o – x -

Minerales secundarios: se forman por alteración de los minerales primarios

¿Qué minerales son y qué composición tienen esos minerales formadores de rocas?

Silicatos de …….Mg

Fe

CaAl

Na

K

Ti

Al

Tener siempre en cuenta la composición de los minerales para comprender mejor los procesos

¿Cómo distinguimos a qué “reino” corresponde una roca?

Textura y mineralogía

Rocas ígneas o mágmáticas

plutónicas volcánicas

¿Cómo se forman las rocas ígneas?

En general, todas las rocas

ígneas se han originado

por cristalización a partir

de un fundido originado en

el interior de la Tierra

¿Cómo se genera el fundido?

¿Qué se funde?

¿Dónde lo hace?

¿Ese fundido es el responsable de toda la variedad de rocas ígneas?

• Planeta NO equilibrado térmicamente � activo geológicamente

• Calor (original + producido por decaimiento de elementos radiactivos de la corteza) que fluye desde el interior hacia el exterior � “motoriza” todos los

TIERRA

el interior hacia el exterior � “motoriza” todos los procesos geológicos

Estructura del planeta

Propiedades físicas

Propiedades químicas

Estructura interna4 capas concéntricas

Atmósfera

Corteza

Manto

NúcleoSubdivisiones basadas en:Subdivisiones basadas en:

Sismología � propiedades reológicas

Composición de las rocas

Estructura de los minerales

Figuras tomadas de Winter (2001)

Ondas P o compresionales (llegan en 1° lugar)

Ondas S o de cizalla (llegan en 2° lugar) (ondas–S)

¿Cómo se conoce la estructura interna en capas?

ONDAS SÍSMICAS (se analizan los tiempos de llegada de las ondas y de sus respectivas velocidades. Éstas dependen entre otras variables, de la densidad, de la temperatura y del módulo elástico de las

rocas que atraviesan

La densidad de las rocas tiene incidencia en la velocidad de las ondas

Los minerales tienen celdas con empaquetamientos cada vez más densos a medida que aumenta la profundidad y, en

consecuencia, la presión

Los cambios de las fases minerales son abruptos y por esta razón pueden ser

detectados con bastante precisión

Modelo PREM (PreliminaryReference Earth Model), de Dziewonsky y Anderson (1981) identifica e interpreta las discontinuidades halladas en el interior de la Tierra

Núcleo

Radio: 3485 km

Núcleo Interior: sólido, espesor de 1220 km

Núcleo Exterior: líquido (no transmite las ondas sísmicas) espesor de 2265 las ondas sísmicas) espesor de 2265 km

Composición: homologable a meteorito de Fe (aleaciones de Fe y Ni).

MantoManto Espesor: 2890 km

Manto superior : • olivina Fo89 (37–51%), ortopiroxeno (26–34%),

clinopiroxeno (12–17%) y granate (10–14%). << anfíboles y flogopita.

• Composición promedio (% de óxidos):• SiO2 : 46–50%; MgO: 36–38%; FeO: 6–8%; Al2O3:

3–5%; CaO: 2–3%; Na2O y K2O en general inferior a 1%

• Contiene parcelas de rocas fundidas• Se generan los procesos tectónicos• Se generan los procesos tectónicos

Discontinuidades:Entre 60 y 220 km � low velocity layer410 km � transición de estructura de olivina a

estructura tipo espinelo660 km � transición entre el M. superior y el M. inferior

Manto inferior :• Cambia coordinación del SiSiIVIV SiSiVIVI implica > >

densidaddensidad

CortezaOceánica:Oceánica: 65% de la sup. terrestre

Edad 160 Ma como máximoEspesor total: 8 km máx. + 4 km de H2OCapa sísmica 1: sedimentos (0,5 km)Capa sísmica 2: basaltos tipo pillow +

enjambres de diques (1,5 km)Capa sísmica 3: gabros, rocas máficas

metamorfizadas, cumulatos peridotíticos(5 – 6 km)(5 – 6 km)

Continental:Continental:Edad desde 3,8 G.a. al presenteEspesor: 30 – 35 km promedio (máx. 70 km)C. superior: frágil, composición félsicaC. inferior: dúctil, composición máfica Diorítica o tonalítica como

promedio

Densidad varía entre 2600 kg m-3 y 3000 kg m-3 �

diferentes composiciones

Discontinuidad de Mohorovicic: límite entre corteza y manto

Figuras tomadas de http://www.gly.uga.edu/railsback/DynamicPlateTectonics.html

AstenósferaAstenósfera:: subyace a la litósfera y tiene “parcelas” de

Litósfera:Litósfera: capa superior de la Tierra que comprende a la corteza y parte superior del manto superior.

Se registran la tectónica de placas, procesos ígneos y metamórficos

AstenósferaAstenósfera:: subyace a la litósfera y tiene “parcelas” de material fundido y se caracteriza por > ductilidad, favorece la existencia de corrientes convectivas.

Posibles modelos (viejos) de celdas convectivas en el manto. a) Las celdas convectivas estarían restringidas al manto inferior y al superior.

b) Las celdas convectivas atravesarían el límite entre el manto inferior y superior.

Tectónica de placasLa placaplaca es la unidad fundamental de esta

teoría

Es rígida, externa y sus límites son

homologables con la litósfera mecánica

Tiene comportamiento elástico y puede

transmitir y acumular esfuerzosesfuerzos

El límite inferior tiene marcado

contraste reológicocon la capa

subyacente, de < viscosidad y �

actúa como superficie de

desacople mecánico

Tectónica de placas – tipos de límites de placa

Plate : placa

Slab: losa Figuras tomadas de http://www.gly.uga.edu/railsback/DynamicPlateTectonics.html

Tipos de márgenes:

•Divergentes

•Convergentes

•Transformantes

Variables: • velocidad de subducción (entre 0,9 y 10,8 cm/año)• el ángulo o inclinación de subducción (normalmente

entre 30° y 45° como promedio)• la edad de la placa oceánica que implica cuán caliente o

fría puede estarFiguras tomadas de http://www.gly.uga.edu/railsback/DynamicPlateTectonics.html

Diferentes fuerzas involucradas en el movimiento de las placas tectónicas

Figuras tomadas de http://www.gly.uga.edu/railsback/DynamicPlateTectonics.html

Tectónica de placas presentada desde una perspectiva dinámica

Figuras tomadas de http://www.gly.uga.edu/railsback/DynamicPlateTectonics.html

PETROGÉNESIS

Es un término para designar a la generación de magmas y los procesos de diversificación de los mismos para producir la variedad de rocas ígneas que pueden encontrarse.

La mayoría de los magmas se originan a partir de fusión parcial en el manto terrestre, pero algunos muestran parcial en el manto terrestre, pero algunos muestran evidencias de participación de componentes corticales

La tectónica de placas juega un rol fundamental en la generación de los magmas aunque algunos parecen ser el resultado de procesos más profundos que los influenciados directamente por la tectónica de placas

Ambientes de generación de rocas ígneas

1. Dorsales centro-oceánicas 2. Rifts intracontinentales3. Arcos de Islas4. Arcos Continentales5. Cuencas de back-arc 6. Basaltos de islas oceánicas7. Actividad miscelánea Intra-Continental

Variación de la PRESIÓNVariación de la PRESIÓN

P P = = d.g.hd.g.h d: densidad

g: aceleración de la gravedad

h: profundidad

En la corteza la P varía = 1 GPa/35 km ó 30 MPa/km

En manto la P varía = 35 MPa/km

(1 kb = 108 Pa)

P litostática es = en todas direcciones

Si P es ≠ en ≠ direcciones

En niveles + superficiales � comportamiento frágil

En niveles + profundos � comportamiento dúctil

Calor en la Tierra

1. Radiación: energía calórica se disipa en el espectro electromagnético

2. Convección: movimiento de materia junto el calor. La materia caliente asciende por expansión y asciende por expansión y < ρ desplazando a la materia + fría que se hunde � fluidos

3. Conducción: agitación térmica de los átomos que permite la propagación del calor. Las rocas son malas conductoras.

4. Advección

Fuentes de calor:

Disipación del calor original de formación, desde el núcleo a la superficie

Decaimiento radiactivo (U, K, Th)

Para tratar de entender cómo se generan los magmas y cómo se comportan las rocas siempre es necesario

que consideremos cómo varían T y P

Variación de la TEMPERATURAVariación de la TEMPERATURA

Gradiente geotérmico: relación de aumento de temperatura con la profundidad

En continentes se estima 35°C/km

GradienteGeotérmico

Pattern of global heat flux variations compiled from observations at over 20,000 sites and modeled on a spherical harmonic expansion to degree 12. From Pollack, Hurter and Johnson. (1993) Rev. Geophys. 31, 267-280.

Cross-section of the mantle based on a seismic tomography model. Arrows represent plate motions and large-scale mantle flow and subduction zones represented by dipping line segments. EPR =- East pacific Rise, MAR = Mid-Atlantic Ridge, CBR = Carlsberg Ridge. Plates: EA = Eurasian, IN = Indian, PA = Pacific, NA = North American, SA = South American, AF = African, CO = Cocos. From Li and Romanowicz (1996). J. Geophys. Research, 101, 22,245-72.

Bibliografía sugerida

• Barker, D., 1982• Best, M., 1982 y 2005• Llambías, E. J., 2001, 2003 y 2008• Llambías, E. J., 2001, 2003 y 2008• Mc Birney, A., 1993• Winter, J. D., 2001

La mayor parte de las figuras fueron tomadas de Winter (2001)

Clasificaciones de rocas magmáticas

•• ModalesModales: basadas en el % en volumen de los minerales realmente presentes en la roca (= minerales modales o moda)

•• NormativasNormativas: basadas en el % de los minerales •• NormativasNormativas: normativos, que reflejan la composición química de la roca (norma)

•• QuímicasQuímicas: basadas en los contenidos de los óxidos (% en peso) o elementos (ppm) constituyentes

Moda de la rocaModa de la roca

Se establece determinando el % en volumen de los minerales presentes en la roca

Cómo ? Estimación visual de %

Empleo de contador de puntos

Análisis digital de imágenes

La clasificación modal es la + amplia y universal, aunque también hay “clasificaciones orientadoras” basadas en el análisis de las variables

texturales

Minerales formadores de rocas

Minerales primariosMinerales primarios: se forman directamente por la cristalización magmática

•Principales o Esenciales: son los que permiten clasificar a la roca

•máficos característicos: son los minerales que ayudan a definir la clasificación en algunos casos

•Accesorios menores: son los que se presentan en proporción < 5%

Minerales secundarios: Minerales secundarios: se forman por alteración de los primarios

Félsico = feldespatos + sílice Leucocrático: color claro (0 – 30 % IC)Máfico = Mg + Fe Melanocrático: color oscuro (60 – 100% IC)

Índice de color “MM”: % de minerales coloreadosM’: M M’: M –– (ms + ap + carbonatos primarios)(ms + ap + carbonatos primarios)

Rico en cuarzo

Granitoide

9090

6060

2020

SienitaCuarcíf.

MonzonitaCuarcíf.

Monzodiorita

Cuarcíf.

Sienita Monzonita Monzodiorita5

10 35 65 90

5

GranitoGrano-diorita

Diorita/Gabro/

Renormalizar a 100%

Sienita alcali-feldespáticacuarcífera

SienitaAlcali-

Diorita/ Gabrocuarcífero

Anorthosita

Cuarzolita

QQ

M < 90Rocas PlutónicasRocas Plutónicas

Sienogranito

Monzogranito

Sienita

Sienita foidif.

10 35 65Monzonitafoidífera

Monzodiorita

foidífera

90

MonzosienitaFóidica Fóidica

Monzodiorita

10

60

Foidolita

60

Alcali-Feldespática

Sienita alcalifeldespática.foiífera

10

Anorthosita

Diorita/Gabro foidífero

AA PP

FF

OlivinaOlivina

90

DunitaDunita

Plagioclasa

Gabro Olivin.

90AnortositaGabroidesGabroides

Rocas ultramáficasRocas ultramáficas

ClinopiroxenoClinopiroxenoOrtopiroxenoOrtopiroxeno

LherzolitaLherzolita

Websterita

OrtopiroxenitaOrtopiroxenita

ClinopiroxenitaClinopiroxenita

Websterita olivínica

PeridotitasPeridotitas

PiroxenitasPiroxenitas

90

40

10

10

OlivinaPiroxenoRocas ultramáficas con Plagioclasa

35 65

20 20

60 60

A P

Q

Riolita Dacita

Traquita Lacita Andesita/Basalto

Rocas volcánicasRocas volcánicas

Clasificación química: es la que permite clasificar Clasificación química: es la que permite clasificar mejor a la rocamejor a la roca

Clasificación modal: permite tener una idea aproximada del tipo de roca (no refleja a todos sus

componentes)

Traquita foidif Lacita foidif. Andesite/Basalt foidf.

Foidita

10

60 60

35 65

10

F

A P

Fonolita Tefrita

Bibliografía sugerida:

• Winter, J.D. 2001. An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall 700 pp. se puede acceder a sus clases en: www.whitman.edu/geology/winter/

• Shelley, D., 1995. Igneous and Metamorphic Rocks under the microscope. Chapman & Hall, London, 445 pp.

• Best, M.G., 2002. Igneous and Metamorphic Petrology. Blackwell, • Best, M.G., 2002. Igneous and Metamorphic Petrology. Blackwell, 730 pp.

La mayoría de las ilustraciones fueron tomadas de Winter (2001)