Las rocas ígnea

Indice1. Mecanismos de transformación de calor. 2. Factores que controlan la temperatura de fusión. 3. Cristalización. 4. Series de Bowen. 5. Bibliografía.

1. Mecanismos de transformación de calor.

En el interior de la tierra hay tres formas principales de transportar el calor: conducción, convección y radiación.

Conducción. No es más que transferencia de calor de un cuerpo caliente a otro cuerpo más frío. Es se puede interpretar como la transferencia de energía cinética de las moléculas de una roca caliente hacía una roca fría, las moléculas calientes están vibrando, al estar en contacto con moléculas con energía cinética baja o poco movimiento, comienzan a chocar y producir un movimiento de moléculas uniforme.

Convección. La convención se realiza cuando las moléculas de la parte de debajo de un líquido entran en contacto con el calor y aceleran su energía de movimiento, al suceder esto las por ser más ligeras en peso ascienden a la superficie, forzando así a las otras partículas más pesadas (frías) a bajar a la superficie, formando círculos de ascenso y descenso. Esto sucede con el magma de la Tierra.

Radiación. La radiación proviene de la energía emitida por el Sol, pero ésta no es capaz de penetrar más allá de 5 m de profundidad en la superficie terrestre, en la superficie del mar, su alcance es hasta 25m. Por lo tanto entonces el sol no es una fuente directa de radiación de energía. La radiación es una forma de trasporte de energía a temperaturas elevadas, todos los cuerpos se encuentran arriba del cero absoluto, por lo tanto emiten radiación, aunque nosotros no la percibamos a simple vista, es posible tener datos de esta radiación por aparatos que midan las longitudes de onda que los cuerpos emitan por muy bajos que estos sean. Los tres tipos de energía existen en la Tierra, pero los dos primeros son los más comunes, sufrimos sus efectos con mayor frecuencia que el último; la conducción puede estar presente en los océanos, que actúan como enormes plantas de reserva de calor durante el día y que por la noche la liberan; los huracanes, tornados y tormentas tropicales formadas en las costas del pacífico son producto de las corrientes de los vientos calientes con los vientos fríos, por la característica de viajar formando círculos, que no es más que patrones de convección al igual que si fuera una olla Express la tierra, esto último por la atmósfera que nos envuelve.

2. Factores que controlan la temperatura de fusión.

• presión
• mezcla de minerales
• agua

Estos tres componentes esenciales en la formación de rocas están muy ligados entre sí, por tal motivo no podemos hacer una separación tajante de los tres, sería imposible entender así los procesos que rigen la formación de rocas. Por tanto y con la aclaración anterior empezamos diciendo que ‘un principio básico válido para todos los modos de formación de los minerales es el hecho de que el momento de su formación, un mineral está en equilibrio con el ambiente en el que se encuentra’ (1). La temperatura de la tierra aumenta aproximadamente 1° C por cada 21 m de profundidad, entonces a 1 km la temperatura será mayor que la de la superficie terrestre, a 18 km superará temperaturas alcanzadas por mecanismos hechos por el hombre para fundir metales por ejemplo, a esta temperatura aproximada es donde se forman los minerales, las rocas con una presión y una temperatura adecuada pueden pasar de estado sólido a líquido, pues las condiciones termodinámicas son favorables, a medida que la temperatura y la presión disminuyen determinados minerales con puntos de fusión altos empezaran a solidificarse y cristalizar. Al incremento de temperatura con relación a la profundidad se le llama gradiente geotérmico. La mayoría de las zonas del planeta en las que no tienen anomalías térmicas se agrupan alrededor de un promedio de 25 a 35°C / km a ese valor se le considera gradiente geotérmico normal. El flujo de calor en la superficie terrestre se calcula como el producto del gradiente geotérmico por la conductividad térmica de las rocas, siendo estos dos parámetros determinados directamente.(2). Las condiciones de temperatura y presión llegan a ser favorables localmente, esa parte de la corteza o subcorteza pasará parcial o totalmente al estado líquido y se formará un magma.(1). En este magma están todos o casi todos los minerales que existen en la Tierra. Las condiciones bajo las cuales la mezcla se enfría y cristaliza determinan en una gran medida la naturaleza de los minerales resultantes. Son muchos los factores que intervienen en este proceso, tales como la velocidad de enfriamiento, las variaciones de presión y el carácter de la roca local, cualquiera de los cuales pueden influir la conservación de un estado de equilibrio entre la mezcla fundida y los productos sólidos que en ella se forman. (1). Nosotros al encontrar una roca podemos saber a que profundidad de lo Tierra se formó por las características que presenta, con esto también se puede saber el tiempo de vida de una montaña, por lo tanto también de la Tierra. Todo se inicia cuando la mezcla fundida tiene una variación mínima apenas visible de la temperatura. Al suceder esta disminución los primeros minerales en formarse son el apatito (Ca3(F,Cl,OH)(PO4), la esfena CaTiSiO5, y la magnetita FeFe2O4. como están en equilibrio con el resto de la mezcla fundida dentro de un amplio margen de temperaturas, se conservan hasta el final del proceso de cristalización. Si la presión continúa variando hasta reducirse por completo lo último que se forma según las series de Bowen es el cuarzo. A medida que los minerales mezclados en la masa fundida tengan un punto de fusión mayor, al haber variaciones de temperatura los minerales van a solidificarse, es decir se cristalizarán. La mezcla de minerales proviene de la roca fundida o lava, esta lava tiene altos puntos de temperatura a medida que aumenta la profundidad. En esta mezcla podemos predecir cual será el porcentaje que contenga nuestro nuevo mineral, este contenido de elementos ‘nuevos’ no es más que los residuos de las rocas fundidas por las altas temperaturas. Es posible que con esta mezcla se forme una piedra con 2 minerales en ella, compartiendo más de una característica, si esto sucede los dos minerales deben tener puntos de fusión o solidificación sino iguales casi idénticos para que exista esa relación. Desde el magma hasta que la lava se solidifica prácticamente la mezcla caliente es siempre una mezcla de minerales. La composición original del magma es la que determina, en una gran medida, la asociación final de minerales. Los fluidos magmáticos se diferencian a medida que ascienden hasta las rocas superiores. Una sucesión de minerales cristaliza a partir de ellos a medida que se mueven continuamente hacia ambientes de inferior presión y temperatura en dirección a la superficie. La solubilidad de la mayoría de las sustancias varía directamente con la temperatura y el descenso de ésta conduce gradualmente a estados de sobresaturación de los diversos constituyentes que se precipitan siguiendo un cierto orden. La pérdida de disolvente por evaporación produce el mismo resultado. Las variaciones de presión pueden afectar a las solubilidades, sobre todo cuando está implicada ene el proceso una fase gaseosa. (1). Haremos ahora algunas diferenciaciones con respecto a la formación de minerales a partir de soluciones acuosas. Por la formación de minerales hidrotermales. Al descender la temperatura, el vapor de agua se liquida y se obtiene soluciones en agua caliente o hidrotermales. Estas soluciones son ácidas cuando abandonan la cámara magmática debido a la presencia de ácidos volátiles como HCl, HF, H2BO4, H2S, H2SO4. durante la emigración puede ser captada agua de origen meteórico, lo que aumenta el volumen. Los minerales de las soluciones hidrotermales pueden depositarse en cavidades y otros espacios abiertos por un sencillo proceso de precipitación o al reaccionar con los minerales de las rocas en contacto con las soluciones. La precipitación en cavidades está controlada en una gran medida por las variaciones de temperatura y presión. En general, la solubilidad de la mayor parte de las sustancias disminuye al bajar la temperatura y, en menor grado, al disminuir la presión. A medida que las soluciones acuosas calientes atraviesan al emigrar rocas de composiciones variadas, encuentran minerales que son inestables en su presencia. Tienen lugar reacciones y se forman nuevos minerales que sustituyen a los primitivos.

Formación de los evaporitos. La categoría de minerales llamada evaporitos comprenden todos los minerales formados por la evaporación de soluciones acuosas en la superficie del suelo. Las aguas que se acumulan en cuencas sobre la superficie del suelo o ascienden a su superficie son todas ellas soluciones, es decir, contienen mineral de disolución. Las aguas que se acumulan en cuencas carentes de salida durante los periodos de lluvias poco frecuentes, se evaporan en cuestión de días, dejando un depósito de minerales. Como este proceso puede repetirse anualmente, se llegan a formar depósitos de espesores relativamente grandes. El proceso de la evaporación puede parecer sencillo: aplicando energía calorífica es expulsada el agua y los materiales disueltos que quedan como residuo. La composición de las soluciones, incluyendo las concentraciones de los diversos iones y la temperatura a que tiene lugar la evaporación son los principales factores que determinan cuáles serán los evaporitos que se formen.(1).

Formación de minerales de las aguas subterráneas. Todas las aguas subterráneas son soluciones en las que se precipitan minerales cuando se llega ala condición de sobresaturación respecto a uno o varios de sus constituyentes. La composición de estas soluciones varía de un lugar a otro, dependiendo de la composición de las rocas y la composición del suelo con las que el agua ha estado en contacto. (1).

3. Cristalización.

Origen de la cristalización. El proceso de cristalización empieza donde todos los minerales están unidos formando una mezcla de iones a una temperatura aproximadamente de 1600° C, en esta masa caliente de minerales existe un equilibrio de co-existencia entre cada mineral con otro. Su origen está relacionado íntimamente con la temperatura y la presión; sabemos que éstas aumentan conforme la profundidad de la Tierra, además muchos minerales tienen diferentes puntos de fusión por lo que se van fundiendo convirtiéndose así en parte de la mezcla fundida que no es otra cosa que magma. Entonces si este proceso sigue hasta llegar a los minerales con más alto punto de fusión, podemos suponer que el magma contiene a todos los minerales existentes en la Tierra. Los magmas constan de una fase líquida compuesta por una mezcla de silicatos fundidos, con más o menos cristales de minerales en suspensión y más o menos constituyentes gaseosos. (1). Un magma está principalmente formado por O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K y C2O, y en menor grado, componentes gaseosos como H2S, HCl, CH4 y CO. (3). Las condiciones bajo las cuales la mezcla se enfría y cristaliza determinan en una gran medida la naturaleza de los minerales resultantes.

Separación de cristales en Fe- Mg y plagioclasa. Un magma rico en O, Si, Mg y Fe al descender la temperatura puede formar olivino rico en Mg, el olivino (MgSiO4) es el mineral con más alto punto de fusión; seguido de éste cristalizarán los olivinos ricos en Fe con una composición aproximada a los ortopiroxenos y ciclopiroxenos, poseen puntos de fusión más bajos. Cuando el magma tiene gran cantidad de Na y K es muy posible la formación de plagioclasas. Si no se mantiene el equilibrio químico entre lo fundido y los cristales durante el enfriamiento, los cristales resultantes pueden presentar zonas distintas de composición. Los silicatos ígneos ricos en Mg –Fe constituyen una serie de grupos minerales que están relacionados entre sí por reacciones discontinuas (3), estas reacciones discontinuas son por los puntos de fusión tan diferentes de los elementos, mientras que en las plagioclasas forman series continuas por la variación de puntos de fusión o cristalización de los componentes de este magma diferencian muy poco por lo que encontramos una gran variedad de minerales, lo que no ocurre en el magma Fe-Mg. Como mencionamos antes el magma contiene todos los minerales existentes en la Tierra, pero dependiendo del lugar donde se localice tendrá una mayor cantidad de elementos formadores de roca. Entonces podemos hablar de una cristalización parcial o fraccionada en la serie de reacciones.

Separación de cristales (cristalización fraccionada). Todos los minerales de un magma podrían llegar eventualmente al cuarzo si estuviesen en condiciones de pasar a través de la serie completa de reacciones; pero esto rara vez sucede; de hecho probablemente nunca ocurre. La serie de reacciones, por lo común, se interrumpe antes de desarrollar toda la secuencia y esta interrupción explica por qué existen rocas ígneas de diferente composición mineralógica. Algunas veces tiene lugar las interrupciones en la cristalización cuando escapan los productos volátiles; éstos, al estar en solución, dan fluidez al magma, permiten a los minerales moverse casi en completa libertad y tomar parte en las reacciones químicas. Cuando los productos volátiles escapan, la reacción se reduce y se suspende eventualmente. (4) Para que el magma comience a cristalizar y forme plagioclasa o olivino, piroxenos, hornblenda y biotitas depende de muchos factores, el principal es la velocidad de cristalización. La velocidad de cristalización varía con la profundidad. Cuando ocurre un cambio de temperatura o presión alguna parte del magma comienza a solidificarse, los minerales con más alto punto de fusión comienzan a solidificarse, generalmente son los que contienen gran cantidad de Mg, seguidos por el Fe que también tiene alto punto de fusión. Para que se forme la serie de reacciones de plagioclasa el magma debe tener como componentes al Na Y K. Los cristales primeramente formados, producidos por el enfriamiento de un fundido, pueden separarse del líquido por fuerzas gravitatorias o por deformación tectónica. (3)

Diferenciación química. La composición química global de las rocas ígneas presenta intervalos bastante limitados. El componente óxido más importante SiO2, varía del 40 al 75 % en peso en los tipos de roca ígnea comunes. El Al2O3 varía generalmente del 10 al 20% en peso y los restantes componentes principales no exceden generalmente el 10% en peso. Cuando el magma posee un contenido bajo en Sio2, las rocas resultantes contienen minerales relativamente pobres en sílice, como el olivino, el piroxeno, la hornblenda, la biotita y poco o nada SiO2 libre (es decir, cuarzo, cristobalita). Estas rocas que tienden a ser oscuras a causa de su alto porcentaje en minerales ferromagnesianos se denominan rocas máficas. Cuando el fundido es pobre en SiO2 (subsilíceo) y rico en alcálisis Al2O3 , los productos de cristalización resultantes contendrán minerales pobres en SiO2 como los feldespatoides, o faltará SiO2 libre como el cuarzo. La cristalización de un fundido rico en SiO2 (sobresaturado en sílice) da lugar a las rocas con cuarzo abundante y feldespatos alcalinos, con o sin muscovita,y solo pequeñas cantidades de minerales ferromagnesianos. Estas roscas se llaman félsicas o silícicas, son de color más claro que las rocas máficas. (3)

4. Series de Bowen.

1. A temperaturas elevadas, las plagioclasas forman una serie isomorfa continua desde la anortita, CaAl2Si2O8, hasta la albita NaAlSi3O8, siendo los porcentajes relativos de CaO y Na2O en la mezcla fundida los que determina la composición de las plagioclasa formada en primer término. A medida que desciende la temperatura, los cristales de plagioclasa dejan de estar en equilibrio con la mezcla fundida, son reabsorbidos y se forman cristales más albíticos: esto es un caso de sustitución ce CaAl por NaSi en la estructura básica. Con el descenso de temperatura, esta sustitución es continua hasta que se forme una plagioclasa que permanezca en equilibrio con el resto de la mezcla fundida: en este caso particular la plagioclasa será la andesina. Supongamos que en el magma hayan cristalizado el olivino y una plagioclasa cálcica. Mientras estos minerales sigan estando en equilibrio con la mezcla fundida, se separan las dos fases, la sólida y la líquida, hecho que puede ser, simplemente, en resultado de una sedimentación por gravedad. Estos minerales son más densos que los de la mezcla fundida y, en ciertas condiciones, pueden acumularse formando una capa en el donde de la cámara magmática. En esta operación, la mezcla fundida habrá perdido algo de MgO, FeO, CaO, Al2O3 y SiO2, y se habrá enriquecido, relativamente en Na, O, K2O y SiO2. en lo respecta al sílice, tanto el olivino como la plagioclasa cálcica son más pobres que los piroxenos, anfíboles y plagioclasas albíticas que se forman posteriormente. En la mezcla de silicatos fundidos algo empobrecida, cristalizarán ahora los piroxenos y anfíboles con menos hierro, magnesio y calcio y tal vez oligoclasa en ligar de andesina. Una parte de la roca formada primordialmente, por olivino y labradorita o bytownita y otra parte por cuarzo, feldespato potásico, oligoclasa, un anfíbol y biotita. A este mismo resultado podía llegarse por otros caminos. Durante la emigración del magma, los cristales de primera formación podrían ser separados por filtración o la presión reinante en la cámara magmática podría exprimir el líquido dejando la parte sólida. Ahora si el magma es rico en alcálisis, se formarán piroxenos como la egirina y los anfíboles como arfvesdsonita. Los magmas ricos en sodio y pobres es sílice, dan feldespatoides como la nefelita y la sodalita. Las reacciones entre el magma y la roca encajante pueden hacer variar la composición global de la mezcla fundida dando lugar a una asociación de minerales diferentes de la que hubiera cristalizado a partir del magma original. Por ejemplo, si un magma basáltico encontrará caliza y la asimilara, se enriquecería en cal y en lugar de enstatita (Mg2Si2O6), podría formarse diópsido (CaMgSi2O6). Para que se formasen estos piroxenos se consumiría mayor cantidad de sílice y el magma se empobrecerían en sílice formándose un óxido, tal como la magnetita (Fe3O4) y con feldespatoides sustituyendo a los feldespatos. (1). La siguiente lista son los minerales que se presentan en a serie continua, obviamente no todos están en las rocas ígneas.

   Minerales de la sílice: Cuarzo Tridimita Feldespatos Ortosa Sanidina Anortosa Mocriclina Micropertita Plagioclasas Feldespatoides Nefelita Leucita Sodalita Hauyna Noseana Micas Mosvovita Biotita Flogopita

2. Serie continua.
3. Serie discontinua.

La mezcla fundida permanece en la cámara magmática donde se formó y que la única variación que experimentan las condiciones físicas es un descenso de la temperatura, lento y uniforme. Los primeros minerales que se formen serán el apatito (Ca5(F.Cl.OH)(PO)4)3, la esfena CaTiSiO5 y la magnetita FEFe2O4, que lo harpan a temperaturas bastante levadas y que permanecen invariables durante el enfriamiento. Como están en equilibrio con el resto de la mezcla fundida dentro de un amplio margen de temperaturas, se conservan hasta el final del proceso de cristalización. Poco después de empezar a formarse, comienzan a cristalizar el olivino y las plagioclasas cálcicas. Teóricamente la magnesia, MgO y la sílice SiO2, se unen para formar forsterita Mg2SiO4, y la cal CaO, la sosa Na2O y la alúmina Al2O3, se combinan para dar una plagioclasa cacica. Si después de haber cristalizado esto minerales no hay un nuevo descenso de temperatura, permanecerán invariables en equilibrio con la mezcla fundida. Sin embargo, a temperaturas más bajas ya no estarán en e equilibrio con el nuevo ambiente y reaccionarán con la mezcla fundida formándose nuevos minerales. Por ejemplo, la forsterita será absorbida y se formará clinoenstatita, probablemente según la ecuación: Mg2SiO4 + SiO2 ® MgSi2O6El olivino procedente de esta mezcla fundida contendría hierro y magnesio, de modo que el clinopiroxeno resultante sería probablemente una augita, puesto que para ello habría disponibles CaO y Al2O3. A temperaturas más bajas aún el vapor de agua, siempre presente, entraría en reacción: los cristales de piroxeno serían corroídos por la mezcla fundida y posiblemente reabsorbidos por completo, formándose posteriormente un anfíbol. En este punto todo el CaO habría sido ya consumido por el anfíbol y los cristales de plagioclasa que se forman simultáneamente. Al entrar en juego el potasio, puede esperarse la formación de biotita a expensas de los restos de hierro, magnesio y aluminio presentes. Esta serie de reacciones se desarrolla de modo discontinuo, es decir, un mineral de primera formación reaccionará con la mezcla fundida y se forma otro mineral totalmente diferente. Con la cristalización de los minerales de las series discontinuas tiene lugar simultáneamente y con independencia, la formación de las plagioclasas. (1) La lista que a continuación se presenta corresponde a los minerales formados en la serie discontinua: Piroxenos Hiperstena Broncita Diópsido Augita Egirina Anfíboles Hornblenda Arfvedsonita Riebeckita Olivinos Dialaga

c. Formación de cuerpos diferenciados. Con la formación del anfíbol y la biotita en la serie discontinua y la andesita como producto final de esta serie continua, todo lo que queda en la mezcla fundida es sílice, alúmina y los alcálisis Na2O y K2O. Continuando el descenso de temperatura, se forma ortosa KalSi3O8, y posiblemente micropertita que es una solución sólida sin mezcla de albita ortosa. En algunas mezclas fundidas y en esta fase, puede formarse muscovita, Kal3Si3O10(OH)2. toda la sílice queda sin combinar en la mezcla fundida, cristalizará al estado de cuarzo. La asociación de minerales formados a partir de estas mezcla fundida en las condiciones indicadas estaría constituida por cuarzo, ortosa y micropertita, andesita, anfíbol, biotita, magnetita, apatito y esfena. Los minerales de las pegmatitas. Durante las últimas fases magmáticas tienen lugar con frecuencia una concentración de la mezcla fundida rica en sílice, alcálisis y constituyentes volátiles, agua principalmente, existiendo la duda de si tal sustancia debe ser considerada como un magma muy fluido o como una solución acuosa concentrada. En estas soluciones fundidas cristaliza una gran variedad de minerales que se depositan en forma de diques o lentejones y que son llamadas pegmatitas, éstos depósitos son de grabo grueso a muy grueso y tienen por lo general color claro. La formación de cristales excepcionalmente grandes es atribuida a la fluidez de la mezcla fundida. Los principales constituyentes de las pegmatitas son el cuarzo, ortosa, microclina y entrecrecimientos petíticos de albita y ortosa o de albita y microclina. (1) La lista que a continuación se muestra pertenece a los minerales que se encuentran en las pegmatitas: Actinolita Albita Almandino Amatista Ambligonita Andalucita Andradita Apatito Barita Berilo Biotita Brookita Calcopirita Calcosina Casiterita Cianita Columbita Coridón Enstatita Escapolita Espesartina Espodumena Estannita Fluorita Galena Grafito Hornblenda Ilmenita Magnetita Monacita Oligoclasa Oro Pirita Pirofilita Piroxeno Rodocrosita Rutilo Titanita Topacio Turmalina Wolframita Circón Zoisita.

5. Bibliografía.

1. Elementos de cristalografía y mineralogía; Alton Wade, Richard B.Mattox; Ed Omega; traducción de la 2ª ed. 1976 Barcelona. Pp. 325 –348.
2. El calor de la Tierra; Rosa María Prol-Ledezma: Fondo de Cultura económica; la ciencia desde México/58.
3. Manual de mineralogía; Cornelius Klein, Cornelius S.Hurbert Jr.; Ed reverté; 4ª ed. Pp 620.
4. Fundamentos de geología física; Leet; Ed Limusa; pp.77

Autor:

Elisa Sotelo