USAC CUNOR CARRERA DE GEOLOGÍA Curso de Petrología de Rocas Ígneas Por: Juanangel G. Díaz M.

Transcripción

1 USAC CUNOR CARRERA DE GEOLOGÍA Curso de Petrología de Rocas Ígneas Por: Juanangel G. Díaz M.

2 1. CONCEPTOS Y DEFINICIONES Lava de la caldera Kilauea, el volcán más hiperactivo de las islas hawaianas.

3 1. CONCEPTOS Y DEFINICIONES PETROLOGÍA: Es la ciencia que se ocupa de las rocas que están formadas por conjuntos minerales definidos y constituyen la mayor parte de la Tierra. Trata del modo de ocurrencia, composición, clasificación, origen de las rocas ígneas y sus relaciones con los procesos e historia geológicos. Las rocas ígneas derivan su nombre del latín «ignis» que significa fuego y pueden formarse tanto en la superficie como hasta los 250km de profundidad.

4 1. CONCEPTOS Y DEFINICIONES A la Petrología la auxilian estas disciplinas: PETROGRAFÍA: Que pone énfasis en la parte puramente descriptiva de la ciencia de las rocas desde el punto de vista de textura, mineralogía, composición química. PETROGÉNESIS: Se ocupa del origen y ocurrencia de las rocas. Y qué diferencia existe entre la Petrogénesis y la Diagénesis? Izq. Estructura Diagenética: tallo crinoide de carbonatado siendo reemplazado por Marcasita en una concreción de Siderita. Der: Lóbulos de magma Andesítico emplazado en venas reticulares de Microsienita parcialmente fundida que corta una Sienita más joven, Noruega. Gill 2010.

5 1. CONCEPTOS Y DEFINICIONES Describa las siguientes fotografías

6 1. CONCEPTOS Y DEFINICIONES Son las mismas rocas o son distintas? A. B. Cuáles son los minerales que las conforman? C. A. OBSIDIANA: Vidrio volcánico B. INDOCHINITA: Vidrio de impacto C. GILSONITA: Petróleo solidificado naturalmente D. ANTRACITA: Carbón metamorfizado D. Entonces, cómo podemos diferenciarlas?

7 1. CONCEPTOS Y DEFINICIONES A. B. Y ahora? Las Rocas pueden parecerse, pero NO ser iguales en componentes y orígenes A. CRETA: Roca carbonatada biogénica B. DIATOMITA: Roca carbonatada biogénica C. KAOLINITA: Arcilla mineral masiva por alteración del Fd. C.

8 2. DISTRIBUCIÓN DE ROCAS EN LA TIERRA Abundancia relativa de Rocas en la Corteza Terrestre Ígnea Metamórfica Sedimentaria Abundancia relativa de Rocas en la superficie Terrestre Ígneas & Metam Lutita Caliza Arenisca 8% 15% 27% Cuáles son las rocas más 16% abundantes en la corteza? 34% 65% 35% Comparación de la abundancia relativa de rocas por los tipos de roca dominante tanto en la Corteza como en la superficie Terrestre.

9 2. DISTRIBUCIÓN DE ROCAS EN LA TIERRA Elementos Mayoritarios Cuáles serían los elementos más abundantes del Manto? Elementos Minoritarios Mn (0.10%) P (0.10%) Todos los restantes: (0.77%) Y los del Núcleo? Los elementos más abundantes de la Corteza Terrestre. NCSSM 2002

10 Abundancia: átomos de elementos por 10 6 de Si 2. DISTRIBUCIÓN DE ROCAS EN LA TIERRA Elementos formadores de Rocas Metales Industriales están en Rojo Metales Preciosos en Morado Elementos de Tierras raras en Azul Metales más raros Número atómico Abundancia de los elementos químicos de la Corteza superior de la Tierra. Los elementos de tierras raras no son los más pesados en la corteza pero sí los más siderófilos, que han sido empobrecidos y vaciados en el núcleo de la Tierra, pero su abundancia en meteoritos es alta. Adicionalmente Te y Se se ha empobrecido en la corteza debido a la formación de hidratos volátiles. Goldschmidt 1937.

11 2. DISTRIBUCIÓN DE ROCAS EN LA TIERRA Qué tipos de rocas asociaría a cada rasgo geotectónico? Diferentes conjuntos geotectónicos a nivel mundial. Thompson & Turk 2004

12 2. DISTRIBUCIÓN DE ROCAS EN LA TIERRA TAREA: Identificar nombre y características de las grandes provincias ígneas Entregar 06/Ago Provincias Geológicas Continentales y edades de la Corteza Oceánica. USGS 2009

13 2. DISTRIBUCIÓN DE ROCAS EN LA TIERRA Las Rocas Ígneas en Norte y Centroamérica se concentran en márgenes de placa convergentes, (activos) o en cinturones montañosos (inactivos), p.e. Las Rocosas más antiguos son rocas intrusivas que están en Escudos, (p.e. Canadá) Aún así, estas rocas se formaron probablemente cuando estuvieron en margen convergente. Las rocas ígneas son raras en plataformas estables, pero se pueden formar sobre «plumas del manto» con la del parque Yellowstone Las rocas Ígneas Volcánicas y Plutónicas la Norte y Centroamérica. K. Hamblin, 2010 Infiera el tipo de roca ígnea presenta el mapa Rocas Volcánicas Rocas Plutónicas

14 2. DISTRIBUCIÓN DE ROCAS EN LA TIERRA Principales litologías de Guatemala y su contexto tectónico, enfatizando las rocas Ígneas. Brokard, Efusivos Intrusivos

15 BIENVENIDO AL CURSO DE PETROLOGÍA DE ROCAS ÍGNEAS Basalto lunar, obtenida por la Misión Apollo 14

16 3. NATURALEZA DE LAS ROCAS ÍGNEAS Las ROCAS ÍGNEAS han jugado el mayor rol en la evolución de la corteza terrestre, son los precursores de las rocas Sedimentarias Los magmas se forman en el manto y en la corteza inferior, las cuales ascienden hacia la superficie porque son menos densas que la roca que les rodea y pueden cristalizar total o parcialmente a profundidades distintas. Si los magmas cristalizan en profundidad se les llama rocas Plutónicas, (Plutón = dios del inframundo) que consolidan cuerpos intrusivos. Si los magmas se aproximan y rompen la superficie, ocurren erupciones volcánicas, produciendo rocas Volcánicas (Vulcano = dios del fuego) o Efusivas/Extrusivas. Erupción del Monte Pinatubo (plineana) junio de 1991, Filipinas. Gill 2010.

17 Condiciones* de P-T para la diagénesis, metamorfismo y magmatismo. F. Alda *Los límites no necesariamente son rectilíneos. 3. NATURALEZA DE LAS ROCAS ÍGNEAS A poca profundidad no se producen cambios en la estructura de la roca, pero sí la litificación de los sedimentos. El final de la litificación de los sedimentos y del metamorfismo se identifican por la aparición de ciertos minerales característicos, en el caso de la materia orgánica, desaparece el petróleo (línea muerta) y aparece la antracita. Donde el metamorfismo acaba, inicia la anatexia o fusión parcial para dar lugar al magmatismo.

18 3. NATURALEZA DE LAS ROCAS ÍGNEAS Los magmas pueden intruir la roca circundante por inyección en fracturas, crear domos en la rocas sobreyacentes, o puede fundir la roca caja creando el proceso de asimilación. Los Análisis químicos han revelado una gran variedad, pero la gran mayoría consiste de silicatos fundidos, de lo cual depende la Viscosidad, y se puede catalogar en dos tipos: Máficos ( C y ~50% de sílice) y las Félsicas (menores a 850 C y 65-77% de sílice). Además contiene H 2 O que conforma más 90% de volátiles, CO 2 y H 2 S y corresponde desde el 0.1 al 15% en peso del magma. Lava de tipo cordada, fluyendo a través de volcanes basálticos

19 Temperatura 4. NOCIONES DE FASES MINERALÓGICAS Una fase mineral indica el grado de estabilidad que posee un mineral al momento de cristalizar. Los diagramas de Fase en el caso de las rocas ígneas ayudan a entender la variación química que existe en un mineral de un determinado elemento(s) en función de la Temperatura, lo que se conoce como una Solución Sólida o solución en estado sólido % en peso de minerales Relación T vs % en peso de los minerales.

20 4. NOCIONES DE FASES MINERALÓGICAS Los diagramas de fase pueden incluir un elemento como en el caso del Carbono o un mineral, como el caso del Cuarzo junto a su Punto Crítico Diagramas de Fase P/T para el Carbono y el Cuarzo, las líneas punteadas indican límites variables en función de las condiciones de formación.

21 4. NOCIONES DE FASES MINERALÓGICAS El zonado composicional ocurre cuando diferentes partes de un mineral tienen diferente composición producido por varios mecanismos de sustitución. Uno de los minerales que típicamente presenta esta característica es la serie de las Plagioclasas, que desde las mayores temperaturas sustituye la Ca-Plg hasta llegar a ser reemplazada por la Na-Plg. Izq. Microcristal euhedral de Plg zonado con macla Carlsbad en una Dacita, campo visual 4mm, XPL. Der.: Megacristal de Plg zonada mostrando un efecto iridiscente (schiller efect), en una roca gabroica.

22 4. NOCIONES DE FASES MINERALÓGICAS En dónde tendría cabida las reacciones de exsolución Y los feldespatoides? Arriba: Imagen SEM de un cristal de Olivino, en donde las partes gris claro del cristal están enriquecidas en Mg, mientras que las partes brillantes es rica en Fe. Der.: Sistema Ternario de los Feldespatos (Alcalinos y calcasódicos) T Zona de Desmezcla

23 5. SERIE DE REACCIONES DE BOWEN En 1915 el petrólogo canadiense Norman L. Bowen publicó el libro «La Evolución de las Rocas Ígneas» en donde describió dos secuencias de cristalización para los silicatos al ir enfriándose magmas de tipo basáltico. El orden de cristalización está determinado por dos factores principales: Termodinámica del proceso de cristalización La composición del magma que cristaliza. Izq.: Tabla de las Series de Reacciones de Bowen, en donde caracteriza el tipo de silicato cristalizando. Der.: Norman Levi Bowen sentó las bases para el estudio de las rocas y minerales desde el punto de vista Geoquímico y Geofísico.

24 TEXTURA 5. SERIE DE REACCIONES DE BOWEN Sílica (% peso) Densidad (g/cm 3 ) K, Na, Si Estables en superficie Mg, Fe, Ca Inestables en superficie Indique la serie Ca-Na Plg Volumen (%) Ms - Bt Indique las Temperaturas TEMPERATURA 700 C 800 C 900 C 1000 C 1200 C Afanítica (Extrusiva) Fanerítica (Intrusiva) COLOR Félsica Intermedia Máfica Ultramáfica COMPOSICIÓN Ácido Intermedio Básico Ultrabásico Clasificación de las Rocas Ígneas comunes basadas en la textura, color y composición. El tamaño de la fuente en el nombre de las rocas indica su abundancia en la superficie. K. Hamblin, 2010

25 5. SERIE DE REACCIONES DE BOWEN Esta serie de cristalización fue propuesta por Norman Bowen, uno de los pioneros en estudios experimentales con rocas ígneas, quien propuso un esquema generalizado para mostrar una secuencia de cristalización fraccional a partir de la fusión. Divide la serie de reacción en Continua y Discontinua. No obstante, no explica el origen de muchas rocas ígneas adecuadamente. Cómo Bowen desarrolló la serie de cristalización? Secuencia de los Fd en las rocas intrusivas. Orden aprox. de separación normal de una serie de magmas. Modif. de Tröger y Goldschmidt, 1975.

26 < ~260m > 5. SERIE DE REACCIONES DE BOWEN Ol Magma de composicón B 1. Ol cristalizan primero dejando un magma de composición A. 5. En laboratorio se estableció un orden de cristalización de minerales en magma (Ol-Px-Plg) Plg Px Magma de composicón B 2. Px y An cristalizan, cambiando el magma en composición a B Plg Px Magma de composicón C 3. Debido a que el Px se instala primero, un gradiente de Px y Plg se establece. 6. Al irse enfriando, los minerales cristalizan a distintas T, el resto del magma tiene composición Plg Magma de composición D 4. Finalmente el Px cristaliza por completo y la Plg sigue hasta cristalizar en un magma de composición D. 7. Los Mins. quedan ordenados con Ol abajo, un gradiente de Px y Plg en medio y sólo Plg arriba. Arenisca Una localidad llamada Los Palisades, Nueva Yersey, EEUU demostró la cristalización fraccional. Arriba: Secuencia de eventos. Abajo: El cambio vertical químico se refleja en su textura. 8. Estos hallazgos explican la composición del sill, la intrusión basáltica en Palisades. Basalto Na-Plg - Ol Ca-Plg + Px - Ol Ol Basalto 9. Basalto de grano fino en los bordes. Arenisca

27 5. SERIE DE REACCIONES DE BOWEN Dique Distancia (en km) Distribución de Temperatura en un dique vertical de 1 km de espesor y en la roca encajante (inicialmente a 0 C) en función del tiempo. Curvas etiquetadas por edad. El modelo asume una temperatura inicial de intrusión de 1200 ºC y enfriamiento por conducción. Jaeger, (1968)

28 5. SERIE DE REACCIONES DE BOWEN Cuáles son las fuentes de calor de la Tierra? Calor de la acreción temprana y diferenciación de la Tierra (aún permanece lentamente alcanzando la superficie Calor emitido por el decaimiento radioactivo de isótopos inestables. Esta zona, es un remanente de la formación de la Tierra, Influencia sobre el Núcleo y el Manto Corteza Manto Superior (Ol-Px-Gr) Manto Inferior Prv + Per + Spl + Wus Region D Pos-Prv + Ca+(Mg,Fe)O Valores de la Presión en el interior de la Tierra, los diamantes requieren alrededor de ~ 5GPa La Regla de oro de la Presión = 0.1GP = 1kb cada 3.3km 1kb = 14,500PSI Núcleo Interno: Fundido Núcleo Externo: (Ni, Fe) + Elementos radioactivos

29 Distintas situaciones en las que varía el gradiente geotérmico en la litosfera 5. SERIE DE REACCIONES DE BOWEN Condiciones del Gradiente geotermal en la Corteza. A: Condición normal B: Dorsal Mesooceánica C. Hot Spot (Pluma del Manto) D. Arco de Islas (Zona de Subducción)

30 Litosfera Oceánica Litosfera Continental SERIE DE REACCIONES DE BOWEN Rocas Sedimentaria Corteza Oceánica Isotermas Corteza Continental Colapso Gravitacional Extensión Litosfera caliente Zona de intensa cizalla Manto (Litosfera) Manto (Astenosfera) Manto (Astenosfera) Variaciones del gradiente geotérmico

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