BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA 1º BACHILLERATO Tema 4. Magmatismo y metamorfismo

Índice Magmatismo Rocas magmáticas Metamorfismo Rocas metamórficas 1.1 El magma 1.2 Emplazamientos de las rocas magmáticas 1.3 Yacimientos minerales de origen magmático 1.4 Magmatismo y tectónica de placas Rocas magmáticas 2.1 Principales rocas magmáticas Metamorfismo 3.1 Factores que intervienen en el metamorfismo 3.2 Procesos metamórficos 3.3 Metamorfismo y facies metamórficas 3.4 Tipos de metamorfismo y tectónica de placas Rocas metamórficas 4.1 Tipos

1. Magmatismo 1.1 El magma El magmatismo es el conjunto de procesos que comprende la formación de los magmas, su evolución y su posterior consolidación, que origina las rocas ígneas o magmáticas. Un magma es una roca fundida, compuesta fundamentalmente por silicatos, aunque puede haber otros minerales como óxidos, sulfuros o sulfatos metálicos, siempre en bajas proporciones. En los magmas siempre hay agua y dióxido de carbono que son importantes para comprender su comportamiento dinámico. Tipo Origen Características Temperatura de fusión Composición Magma basáltico o básico Se produce por fusión parcial de materiales del manto El más abundante, más fluido y más denso 950-1200ºC Silicatos de Fe, Mg y Ca Magma andesítico o intermedio Se produce por fusión parcial de corteza oceánica El menos abundante Magma granítico o ácido Se produce por fusión de corteza continental El más viscoso, y más ligero 700-800 ºC Silicatos de Al, Na, Ca, K y Fe

Factores que condicionan la génesis del magma Los factores condicionantes son: Aumento local de la temperatura Disminución de la presión Aumento de la cantidad de fluidos, sobre todo agua, capaz de romper los enlaces entre los silicatos Estos factores pueden actuar en combinación, provocando la fusión parcial del manto y originando magmas básicos. Este magma tiene menor densidad que las rocas que lo rodean y trata de ascender acumulándose en la cámara magmática. Si la cámara sufre sobrepresión, parte del magma escapará al exterior provocando una erupción volcánica, y originando las rocas volcánicas. Si el magma se consolida dentro de la misma cámara, da lugar a las rocas plutónicas, mientras que si lo hace en las vías de acceso a la superficie originará rocas filonianas.

Evolución magmática La consolidación de los magmas en la cámara a medida que se pierde temperatura es lenta, pudiendo durar varios millones de años. Como el magma es una mezcla de distintas sustancias, éstas van cristalizando dependiendo de su punto de fusión, primero los minerales más densos con punto de fusión más alto y después el resto. Se producen tres sucesos: Diferenciación gravitatoria. La fase sólida del magma, más densa, se hunde, separándose de la fase líquida que puede seguir su ascenso. Asimilación magmática. El magma, por su alta temperatura puede fundir y asimilar parte de las rocas encajantes que lo rodean, sumando su composición a la nueva roca, que será distinta al magma original. Mezcla. También se pueden formar rocas diferentes al magma de partida cuando se mezclan dos magmas distintos.

Fases de la consolidación magmática La solidificación de un magma es un proceso inverso al la fusión. La solidificación de un magma puede producirse en dos situaciones: En superficie: Se produce un enfriamiento rápido, dando lugar a las rocas extrusivas o volcánicas. Sólo se aprecian aquellos minerales cristalizados en el interior de la cámara magmática rodeados de una pasta microcristalina o vítrea (textura porfídica). En el interior: Se produce un enfriamiento gradual. A cada descenso de temperatura se forman los minerales más estables, enriqueciéndose el magma residual en sílice y volátiles. La textura típica es la holocristalina (todos los minerales presentan cristales visibles). Este proceso de cristalización sucede en tres etapas: Ortomagmática: (temperaturas superiores a los 700º C) Se produce la solidificación en el interior de la cámara magmática. Cristalizan minerales silicatos originando rocas plutónicas. Pegmatítica - Neumatolítica: (temperaturas entre 700 y 400º C) Los fluidos residuales con alto contenido en volátiles salen por las grietas de la cámara magmática solidificándose en su interior. Se originan rocas filonianas, ricas en cuarzo, feldespato ortosa, mica moscovita, turmalina y algunos de interés económico (Sn, W, Li, F). Hidrotermal: (temperaturas inferiores a 400º C) Soluciones acuosas a alta temperatura con componentes solubles (CO2, F, Cl, Br, S, etc.) ascienden por grietas cristalizando en ellas.  Se forman rocas filonianas e impregnaciones en otras rocas, con sulfuros metálicos de gran interés económico (Pb, Zn, Cu, Fe, Hg, etc.)

1.2 Emplazamiento de las rocas magmáticas El magma puede cristalizar en distintos lugares lo que origina diferentes estructuras o emplazamientos, tal como aparece en la figura. Batolito. Gran masa de rocas, en forma de cúpula y discordante con la roca encajante. Son las cámaras donde cristaliza la mayor parte del magma. En superficie pueden cubrir varios kilómetros cuadrados. Ej. La Pedriza. Sill. Masas de rocas de forma tabular y concordantes con la roca encajante. Se producen por inyección de un magma en un plano de estratificación. Lacolito. Intrusión concordante con base plana y techo en cúpula entre dos capas. Lopolito. Intrusiones concordantes con base y techos cóncavos. Dique o filón. Masas tabulares de posición vertical o próxima y discordante con la roca encajante. Pipa o chimenea volcánica. Masas tabulares que forman el conducto de salida del magma que alimenta un volcán. Suelen estar en el cruce de dos fracturas. Coladas de lava. Formas típicas de las rocas volcánicas. Son mantos de lava consolidados en las laderas del cono. Las lavas pueden ser muy fluidas y formar coladas extensas (lavas cordadas), o más viscosas y de escasa extensión con aspecto fracturado (lavas en bloque). Lopolito Colada de lava

1.3 Yacimientos minerales de origen magmático Yacimientos de segregación. Se producen en la primera fase por diferenciación gravitatoria, debido a la mayor densidad de los minerales metálicos. Se forman niquelina, cromita, magnetita y platino. Yacimientos pegmatíticos-neumatolíticos. Se forman yacimientos metálicos de casiterita (Sn), ambligonita (Li), wolframita (W), minerales no metálicos como ortosa o mica moscovita, y piedras preciosas como las esmeraldas. Yacimientos hidrotermales. Los más abundantes al precipitarse los sulfuros metálicos disueltos en las aguas termales. Se forman así la galena (Pb), blenda (Zn), pirita y calcopirita (Cu), cinabrio (Hg), plata y oro. Normalmente se encuentran en filones acompañados por cuarzo.

1.4 Magmatismo y tectónica de placas El magmatismo está relacionado con los bordes o límites entre las placas y con el vulcanismo intraplaca. Bordes constructivos o dorsales. 80 % del magmatismo terrestre por disminución de la presión y cierto aumento de la temperatura. Se produce magma basáltico del que el 65 % consolida en profundidad y forma gabros, y el resto en superficie, formando basaltos. Son las rocas de la corteza oceánica. Bordes destructivos o zonas de subducción. 12 % del magmatismo por aumento de temperatura debido al rozamiento de las placas y al agua introducida por deshidratación de la placa que subduce. Los magmas más superficiales son basálticos y formarán rocas volcánicas. Los más profundos son graníticos y formarán rocas plutónicas como el granito. Los intermedios darán volcánicas como las andesitas y plutónicas como las dioritas. Vulcanismo intraplaca. Debido a puntos calientes del manto. El magma es basáltico en casos como Hawai y Yellowstone. En otras zonas, formadas por distensión con grandes fracturas, como Canarias, también se forman rocas volcánicas.

2. Rocas magmáticas Están formadas por silicatos, que a su vez están constituidos por unidades de SiO4 , solas o unidas entre sí, compartiendo de uno a cuatro oxígenos. Estas unidades tienen cargas negativas que compensarán uniéndose a cationes metálicos de Ca, Fe, Mg, Na, K, Mn, etc. lo que origina una gran variedad de compuestos. Los minerales del grupo de los silicatos son: Cuarzo Feldespatos: ortosa (K) y plagioclasas (Na y Ca) Micas: biotita (Fe, Mg) y moscovita (Al, K) Anfíboles como la hornblenda (Ca, Mg, Fe, Al, OH-) Piroxenos como la augita (Ca, Mg, Fe, Al) Olivino (Fe, Mg) Actividad. Busca estos minerales en http://www.jisanta.com/Geologia/index%20minerales.htm u otras fuentes y comprueba sus características

2.1 Principales rocas magmáticas Las rocas ígneas o magmáticas se dividen en dos grandes grupos: plutónicas y volcánicas. Además existe otro grupo de características intermedias denominadas rocas filonianas. En el gráfico aumenta la temperatura de cristalización y el contenido en Ca, Mg y Fe de izquierda a derecha, mientras aumentan el contenido en Na, K, Al y sílice, de derecha a izquierda.

En este otro gráfico observamos cómo se haría la diferenciación según se produce el enfriamiento del magma, surgiendo así los diferentes minerales.

Rocas plutónicas Rocas que cristalizan en el interior, lentamente, presentando una buena cristalización. Presentan textura granuda, con minerales de grano medio a grueso que se reconocen a simple vista. A veces forman cristales de gran tamaño debido a la presencia de agua, dando lugar a textura pegmatítica.

Rocas volcánicas Cristalizan en la superficie terrestre, rápidamente, por lo que los átomos no se ordenan y no forman cristales, tan sólo vidrio volcánico (textura vítrea) o cristales muy pequeños, no visibles a simple vista (textura microcristalina). A veces presentan algún cristal más grande que se formó en la cámara antes de la erupción (textura porfídica), y otras veces son rocas muy porosas (textura vacuolar).

Rocas filonianas Formadas por enfriamiento de un magma en zonas próximas a la superficie formando diques o filones. Son intermedias entre los dos tipos anteriores.

3. Metamorfismo 3.1 Factores que intervienen en el metamorfismo El metamorfismo es el conjunto de cambios físico-químicos que sufren las rocas sin perder su estado sólido cuando al profundizar en la corteza terrestre aumentan la temperatura y la presión. Estos cambios originan nuevas rocas denominadas metamórficas, a partir de cualquier otra preexistente. Este proceso se encuentra a medio camino entre la diagénesis (proceso de formación de rocas sedimentarias) y el magmatismo. Los factores que influyen en el metamorfismo son: Temperatura. Por el gradiente geotérmico y al ponerse en contacto con magmas. El metamorfismo ocurre entre 200 y 800ºC, y se dan reacciones químicas entre los minerales que forman las rocas. Presión. El aumento se produce por el peso de las rocas (litostática), por la presión de los fluidos existentes entre los granos y por los esfuerzos tectónicos. El metamorfismo se produce entre 2kbar y 15 kbar y provoca cambios físicos y estructurales en las rocas. Presencia de fluidos o volátiles. Aumenta la presencia de fluidos como dióxido de carbono y agua debido a la deshidratación y descarbonatación que sufren algunos minerales. Los fluidos favorecen las reacciones químicas. Estas condiciones se han de mantener durante miles de años al tratarse de cambios muy lentos.

3.2 Procesos metamórficos Son los cambios que sufren las rocas hasta convertirse en otras. Pueden ser físicos o estructurales y químicos. Los más importantes: Brechificación o rotura. Por presiones dirigidas en las fallas. La roca se rompe y adquiere textura cataclástica. Se llaman brechas de falla. Recristalización. A partir de 300ºC, las partículas forman cristales de mayor tamaño, sin cambiar de composición mineralógica. Es lo que le ocurre al mármol a partir de una caliza sedimentaria. Formación de estructuras orientadas. Los minerales hojosos como la mica se orientan en direcciones perpendiculares a los esfuerzos de compresión como respuesta a presiones dirigidas. Lo vemos en el micaesquisto o el gneis. Deshidratación y descarbonatación. Arcillas y carbonatos pierden agua y dióxido de carbono, que se incorporan a los fluidos y facilitan las reacciones disminuyendo la temperatura y presión necesarias para el metamorfismo químico. Reajustes mineralógicos o formación de nuevos minerales. Las reacciones son variadas y dependen de los minerales de partida y de los factores existentes. Los cambios pueden ser totales o parciales.

3.3 Metamorfismo y facies metamórfica El metamorfismo se puede clasificar según su grado de intensidad al aumentar temperatura y presión en grado muy bajo, bajo, medio y alto. Para saber el grado de metamorfismo necesitamos saber qué minerales componen la roca y en qué condiciones son estables. La facies metamórfica es el conjunto de minerales que definen las condiciones de presión y temperatura a las que se ha formado la roca, y reciben distintos nombres para que diferenciemos unas de otras.

3.4 Tipos de metamorfismo y tectónica de placas Metamorfismo dinámico o de presión. En las grandes fallas, donde aumenta mucho la presión pero no la temperatura. Se producen brechas de falla, y cuando la fricción es muy intensa, por vitrificación y orientación de minerales, milonitas. Metamorfismo de contacto o térmico. Aumenta mucho la temperatura pero no lo hace la presión. Las rocas están en contacto con magmas calientes alrededor de los cuales se forma una aureola de contacto de espesor variable. Se produce una recristalización parcial o total de los minerales, formando pizarras mosqueadas o cornubianitas, respectivamente. Esto ocurre en la corteza continental próxima a magmas y en la oceánica, cerca de la dorsal.

Metamorfismo regional Metamorfismo regional. Afecta a extensas zonas de la corteza continental por aumento paralelo de presión y temperatura y tiene un campo muy amplio desde grado muy bajo (pizarras) hasta el grado alto (gneises y migmatitas). Se produce formación de estructuras orientadas (pizarrosidad, esquistosidad) y de nuevos minerales. La roca cambia totalmente. Se produce en zonas de subducción. También se puede dar el llamado metamorfismo por enterramiento en las fosas oceánicas, en la parte más profunda del prisma de acreción (elevación de los sedimentos de la plataforma a medida que subduce la placa oceánica).

4. Rocas metamórficas Son muy diversas y se van a diferenciar por su textura y su composición mineralógica. Según su textura: No orientadas: granoblástica y cataclástica Orientadas: pizarrosa, esquistosa, gneísica y migmatítica Según la composición mineralógica de las rocas de partida: Rocas silicatadas: Con cuarzo y otros silicatos. Son las más abundantes y comunes como pizarras, esquistos y gneises, que derivan de las arcillas, areniscas y granitos. Las areniscas cuarzosas originan las cuarcitas. Rocas carbonatadas: compuestas por carbonatos cálcicos, originarán los mármoles.

Serie metamórfica de la arcilla

Bibliografía y materiales Alfonso Cervel, F. y colab. Biología y Geología. Proyecto Tesela. Ed. Oxford Educación. 2008. Ambientes petrogenéticos y formación de rocas magmáticas, actividades 2 y 3 http://recursos.cnice.mec.es/biosfera/alumno/1bachillerato/petrogeneticos/con tenido1.htm Para saber más de minerales y rocas http://www.geovirtual.cl/geologiageneral/geogenap.html Algunas fichas de minerales y rocas http://redescolar.ilce.edu.mx/redescolar/publicaciones/publi_rocas/index1.htm http://www.jisanta.com/Geologia/index%20minerales.htm