Museo Virtual, Geología W.Griem (2017)

Apuntes Geología General: Las rocas ígneas

Diferenciación magmática

Geología General
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Procesos, introducción
Diferenciación magmática
Serie de BOWEN

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Norman L. Bowen
(*1887 - 1956)
Geólogo Canadiense, petrólogo experimental, en los años 1928 descubrió y publicó la serie de cristalización (Hoy "serie de Bowen"). Trabajó en los laboratorios de la Carnegie Institution de Washington (EEUU)
Véase historia geología










 

Página:  Diferenciación magmática / Serie de BOWEN


4.3. Procesos magmáticos y relacionados al magma

Durante la presencia del magma se puede definir varios procesos físicos y químicos internos en la cámara de magma, procesos relacionados a la fundición de la roca, procesos relacionadas a la migración del magma y finalmente procesos durante la cristalización. la interacción del magma con la roca de caja y fluidos de la roca de caja son otro factor de no menor importancia. La petrografía y la geoquímica de las rocas intrusivas, hipabisales y extrusivas indica que los procesos dentro de la cámara magmática son significativos, el resultado "la roca volcánica" no coincide con el magma inicial en la profundidad. Para explicar estos cambios se usa modelos como:

● La diferenciación por cristalización (Bowen, 1928)
● La fundición parcial
● La contaminación
● El modelo MASH (Hildreth and Moorbath, 1988)

En general se observa que magmas provenientes del manto superior tienen una pauta muy notoria semejante a la composición de la corteza sí llegan a la cercanía de la superficie.


4.3.1  Diferenciación por cristalización - Cristalización de un magma de silicatos

Términos y Definiciones:

Diferenciación: formación de magmas parciales de distintas composiciones.
Fraccionamiento: separación de los minerales cristalizados del magma restante por gravitación, por ejemplo.

A partir del magma los cristales de silicatos se forman sucesivamente cuando la temperatura del magma llega a la temperatura de fusión típica para cada tipo de cristal. Los primeros cristales formados a altas temperaturas después pueden cambiar su composición o pueden disolverse nuevamente. De tal modo los cristales ya formados contribuyen con sus iones, moléculas y átomos al magma y se combinan nuevamente formando nuevos cristales cuya temperatura de fusión es más baja que la de los primeros cristales formados. Se dice que los nuevos cristales son estables a las temperaturas más bajas establecidas ahora. Estos procesos de cambio se llaman reacciones. Como ocurren varias reacciones sucesivas conforme disminuye la temperatura del magma la serie ordenada de reacciones se llama la serie de BOWEN en honor al científico canadiense que formuló este concepto. Se distingue dos tipos de reacciones, la reacción continua y la reacción discontinua.

Por reacción continua un cristal formado a altas temperaturas como una plagioclasa rica en el componente Ca2+ varía gradualmente su composición reemplazando una porción de los iones de Ca2+ por los iones de Na+ y una porción de los iones Al3+ por los iones de Si4+. Para mantener su neutralidad el reemplazo de Ca2+ por Na+ está acoplado con el reemplazo de Al3+ por Si4+. La serie de reacción continua parte de la plagioclasa rica en Ca2+, pasa por varias plagioclasas de composición intermedia hacia la plagioclasa rica en Na+.

Por reacción discontinua un cristal máfico formado a alta temperatura reacciona con el líquido restante, una porción de los cristales formados a alta temperatura se disuelve y sus iones constituyen juntos con otros iones del magma otro mineral más rico en Si y estable a una temperatura más baja que la del primero mineral cristalizado. La serie de reacción discontinua inicia con la cristalización de olivino pasa hacia el piroxeno seguido por el anfíbol seguido por la biotita.

La serie de BOWEN incluye las dos ramas convergentes de las series continua y discontinua. La plagioclasa rica en Na+ cristaliza casi simultáneamente con la biotita. Ambos siguen el feldespato alcalino, la moscovita y el cuarzo en el orden de la temperatura disminuyéndose.
Considerando la estructura cristalina de los minerales máficos de la serie de reacción discontinua se observa a altas temperaturas la cristalización de las estructuras de tetraedros de (SiO4)4 - sencillas y con la temperatura sucesivamente disminuyéndose las estructuras de tetraedros de (SiO4)4 - se vuelven más complejos. El olivino, cuya estructura se constituye de los tetraedros de (SiO4)4- independientes cristaliza al primero a las temperaturas más altas, seguido por el piroxeno con cadenas simples de tetraedros de (SiO4)4-, seguido por el anfíbol con cadenas dobles de tetraedros de (SiO4)4 - y al final se forma la biotita con su estructura compleja de láminas de tetraedros de (SiO4)4 -.

Se distinguen algunos pocos tipos primarios de magmas como por ejemplo el magma basáltico.
Entre otras causas la diferenciación magmática se debe al descenso de los cristales precipitados temprano y de mayor densidad en comparación con el magma restante, tales minerales como olivino, piroxeno y espinela. El descenso de estos cristales es en gran parte un efecto de la gravitación. Por esto se habla de una diferenciación gravitativa. Los cristales precipitados temprano se acumulan en el fondo de la cámara magmática. La acumulación de los cristales se denomina cúmulos. Los cúmulos son ricos en los elementos Mg, Fe, Cr y Ni. El magma restante es rico en los elementos Si, Al, Na y K. Ocasionalmente algunos minerales relativamente livianos precipitados tempranos se separan del magma restante más denso y suben hacia arriba. Este proceso se ha observado en la chimenea del volcán Vesubio, Italia, donde los cristales menos densos de leucita se precipitaron temprano, se separaron del magma restante más denso y subieron.
Durante un enfriamiento paulatino del magma el proceso de la diferenciación gravitativa entre el cúmulo de cristales y el magma restante puede ocurrir varias veces supuesto que los cristales sean separados del magma restante.

Las fábricas de cúmulo están realizadas principalmente en los cuerpos plutónicos máficos y ultramáficos y se las llaman
'layered intrusions' o es decir intrusiones estratificadas. La 'layered intrusion' la más grande es el complejo de Bushveld, África del Sur y es un cuerpo magmático de 450 x 350km de 9 km de espesor, compuesto de estratos de peridotita, piroxenita, gabro, norita y anortosita. En su parte inferior se sitúan 15 bandas de cromita de espesores hasta 1m suprayacentes por 25 bandas de magnetita. Otros cúmulos son la intrusión de Skaergard en Groenlandia y el complejo de Stillwater en Montana, EE.UU.


Serie de reaccion de Bowen
Fig. Serie reacciones de Bowen
La formación de magmas parciales se explica por 
a)  La diferenciación gravitativa 
b)  El principio de reacción de BOWEN (véase figura izquierda):
Las reacciones de los minerales cristalizados temprano con el magma restante se puede describir esencialmente con los dos siguientes sistemas sencillos de modelo: 
Forsterita (Mg2SiO4) - SiO2 apropiado para los minerales máficos como olivino y piroxeno: 
Cristalización del olivino  → 
separación parcial del magma restante por gravitación (acumulación del olivino en el fondo de la cámara magmática) o por la formación de una aureola de piroxeno alrededor del olivino, la cual funciona como un escudo de protección impidiendo que el olivino reaccione con el magma → 
magma restante enriquecido en SiO2 y en Fe2+, más pobre en MgO respecto al magma originario →   descenso de la temperatura →   formación de (Mg, Fe) piroxeno → 
(Mg, Fe) Ca-piroxeno → hornblenda → biotita.
Los minerales cristalizados relativamente tarde como hornblenda y piroxeno incorporan grupos de OH en su estructura.

Factores importantes de la diferenciación del magma son:
- la temperatura,
- la composición del magma restante variándose,
- la presión parcial del gas de H2O a partir de la cristalización de los minerales caracterizados por grupos de OH.

Feldespatos y plagioclasa Fases post-magmáticas Rocas volcanicas Rocas plutónicas Diorita y gabro Sienita Granito Basalto Andesita Riolita Diferenciación del magma
véase: Basalto / Andesita / Traquita / Riolita / Gabro / Diorita / Sienita / Granito


El contenido mineral modal de las magmatitas varia ampliamente con los contenidos en los óxidos.
La variabilidad de las rocas magmáticas se basa en los procesos de su formación mencionados en lo siguiente:

a) Formación de magmas primarios diferentes en el manto superior.
b) Formación de magmas en la corteza oceánica profundamente hundida.
c) Diferenciación de estos magmas por cristalización fraccionada.
d) Interacción de los magmas de origen profundo con las rocas de la corteza terrestre y su evolución por medio de diferenciación y otros procesos.


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Contenido

Apuntes Geología General

Contenido Geología General
I. Introducción
1. Universo - La Tierra
2. Mineralogía
3. Ciclo geológico

4. Magmático

Intro: Las rocas ígneas
Diferenciación y Bowen
Secuencia magmática
Denominación por SiO2
Diagrama STRECKEISEN
Clasificación por máficos
Intrusivas
Hipabisales
Volcánicas
Piroclásticas
Geoquímica magmática

5. Sedimentario
6. Metamórfico
7. Deriva Continental
8. Geología Histórica
9. Geología Regional
10. Estratigrafía - perfil y mapa
11. Geología Estructural
12. La Atmósfera
13. Geología económica

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Literatura:

Best, M. C. (1982): Igneous and Metamorphic Petrology. - Freeman, San Francisco.
Bowen, N. L. (1915): The later stages of the evolution of the igneous rocks. - Journal of Geology; vol.23, pág. 1–89.
Bowen, N. L. (1928): The evolution of the igneous rocks. - Princeton University Press.
HILDRETH, W., and Moorbath, S. 1988, Crustal contributions to arc magmatism in the Andes of central Chile: Contributions to Mineralogy and Petrology, v. 98, p. 455– 48
HURLBUT, C.S. & KLEIN, C. (1982): Manual de Mineralogía de Dana. Reverté, Barcelona.
HURLBUT, C.S. & KLEIN, C. (1993). Manual of Mineralogy. John Wiley and Sons, New York. 
KLEIN, C. (1993). Minerals and Rocks. John Wiley and Sons, New York.
MARESCH, MEDENBACH & TROCHIM (1987): Gesteine.- Die Farbigen Naturfuehrer; 287 páginas, Mosaik Verlag, Muenchen.
MARESCH, W., MEDENBACH, O. & TROCHIM, H.D. (1990): Rocas. 287 páginas, Blume (editorial).
MATTHES, S. (1987): Einfuehrung in die spezielle Mineralogie, Petrologie und Lagerstaettenkunde.- 444 pág., 165 fig., 2 tablas, Springer Verlag, Berlin
PICHLER, H. & SCHMITT-RIEGRAF, C. (1987): Gesteinsbildende Minerale im Duenschliff.- 230 pág., 322 fig. 22 tabl, Enke Verlag
WILSON (1989): Igneous Petrogenesis (A global tectonic approach).- 466 páginas, Allen & Unwin
WIMMENAUER, W. (1985): Petrographie der magmátischen und metamorphen Gesteine. -381 pág., 297 fig. Enke Verlag, Stuttgart.

Listado Bibliografía para Geología General

Revistas:
Yoshihiko Tamura, Yoshiyuki Tatsumi, Dapeng Zhao, Yukari Kido and Hiroshi Shukuno (2002): Hot fingers in the mantle wedge: new insights into magma genesis in subduction zones  . - Earth and Planetary Science Letters; Volume 197, Issue 1-2,  Pages 105-116 Abstract

R. B. Trumbull, R. Wittenbrink, K. Hahne, R. Emmermann, W. Büsch, H. Gerstenberger and W. Siebel (1999): Evidence for Late Miocene to Recent contamination of arc andesites by crustal melts in the Chilean Andes (25–26°S) and its geodynamic implications. -Journal of South American Earth Sciences; Volume 12, Issue 2; Pages 135-155  (online)

 

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