Captulo 2

46 I David Rojas Caballero y Jorge Paredes ngelesCompendio de geologa general I 47MagmatismoSe denomina magmatismo al conjunto de procesos relacionados con la manifestacin de la energa interna de la Tierra, los cuales se evidencian en la formacin del magma, en la introduccin de sta en la corteza terrestre, o en su erupcin a la superficie y su solidificacin en forma de cuerpos de diversas formas y dimensiones.El magmaEs una sustancia fluida, constituida esencialmente por una fusin silicatada compleja que lleva en soluciones cantidades considerables de vapor de agua, slice con mezcla de xidos y un porcentaje de componentes voltiles.El magma tambin se puede definir como una mezcla de componentes qumicos formadores de los silicatos de alta temperatura, normalmente incluye sustancias en estado slido, lquido y gaseoso debido a su temperatura que est por encima de los puntos de fusin de determinados componentes. En esta mezcla fundida, los iones metlicos se mueven con mayor o menor libertad.Adems de lquidos y slidos, el magma contiene diversos gases disueltos en l.Los voltiles son sustancias qumicas lquidas y gaseosas que mantienen el estado lquido o gaseoso a una temperatura de fusin o de condensacin ms baja que la de los silicatos, stos se caracterizan por temperaturas de fusin relativamente altas.Aparte de otros componentes voltiles, el magma contiene los siguientes elementos: agua (como gas disuelto), 0,5% - 8% del magma y 90% de todos los voltiles; carbono en forma de dixido de carbono (CO2), azufre (S2), nitrgeno (N2), argn; (Ar), cloro (Cl2); flor (F2) e hidrgeno (H2).Durante la cristalizacin del magma se separan los voltiles como consecuencia de la temperatura de fusin o condensacin que es mucho ms baja que la de los silicatos. Por ejemplo, los voltiles se liberan junto con el magma emitido por un volcn, esta liberacin es responsable de la formacin de nuestra atmsfera y de la hidrosfera. Su viscosidad depende de su composicin, temperatura y componentes voltiles.La temperatura promedio de los magmas est entre los 1200 C y 1500 C. Adems, los componentes voltiles del magma actan como fundentes y rebajan el punto de solidificacin del lquido durante el enfriamiento.El magma est siempre en movimiento y es la fuente generatriz para la formacin de las rocas magmticas o gneas. Su densidad baja por efecto de los gases y disminuye an ms al separarse las burbujas gaseosas, lo que le permite ascender a niveles mucho ms elevados.El punto de fusin del magma se produce en profundidades de 100 km a 200 km, es decir en el manto superior. Se supone que slo una porcin pequea del material del manto est fundida, lo dems se encuentra en estado slido, por ello a este estado se le llama de fusin parcial. La porcin fundida es un lquido menos denso en comparacin con la porcin slida. Por consiguiente, tiende a ascender a la corteza terrestre y se concentra en bolsas y cmaras magmticas. Por ejemplo, el magma mfico, que asciende continuamente a lo largo de los bordes de expansin en los ocanos, se rene en cmaras magmticas cerca de la base de la corteza ocenica en profundidades que van de cuatro a seis kilmetros por debajo del fondo ocenico.Comparamos el material slido rocoso situado a grandes profundidades (es decir en el manto superior) con un volumen de agua encerrado en una olla de presin que hierve por ejemplo a una temperatura de 120 C. Cmo el agua se convierte en vapor? Mejor dicho, cmo el material rocoso se convierte en magma? Hay dos posibilidades:I . Se puede intensificar el fuego, es decir aumentar la temperatura hasta que el agua est en ebullicin.2. Se puede abrir la olla para disminuir la presin y el agua saldr en forma explosiva y gaseosa.En el caso del material rocoso situado en el manto superior, es ms probable la disminucin de la presin (la segunda alternativa) para que se funda el material rocoso y se genere el magma.48 1 David Rojas Caballero y Jorge Paredes ngeles Fundicin de una roca en la naturaleza Cada mineral define su propia temperatura de fusin en ciertas condiciones como presin y composicin qumica. A continuacin se presenta la temperatura de fusin (Tf) de algunos minerales y rocas para presiones definidas.Temperatura de fusin de algunos mineralesMineral o rocaFrmulaPresin (kbar)Profundidad (km)Temperatura de fusin (C)

Olivino(Mg, Fe)2SiO,0,00101600 -1800

AnortitaCaAI Si3O80,00101200 -1400

FierroFe0,00101500

FierroFe401001650

Roca bsica seca60% de piroxeno, 40% de anortita8201360 -1400

Roca bsica con una proporcin substancial de agua60% de piroxeno, 40% de anortita, agua820700 -1000

En conclusin: A falta de agua, un aumento en la presin conlleva un aumento en la temperatura de fusin de una sustancia, o viceversa.La temperatura de fusin de una roca seca es mayor en comparacin con la temperatura de fusin de la misma roca con la presencia sustancial de agua. Por consiguiente, la presencia de agua disminuye la temperatura de fusin de los silicatos en el magma. Un magma ascendente, que contiene agua y est expuesto a una disminucin progresiva de la temperatura, al subir por la corteza puede llegar a profundidades someras e incluso a la superficie terrestre antes de solidificarse.Roca. Es un agregado consolidado o no consolidado de minerales o materia orgnica. Cuando est constituido por especmenes de un solo mineral es una roca "monomineral" (ejemplos: mrmol y cuarcita), pero si est compuesto por especmenes de varios minerales entonces es una roca "polimineral" (ejemplos: gabro granito y skarn).Compendio de geologa general 49Petrologa. Ciencia que estudia las rocas en general, incluyendo su distribucin, origen e historia, as como su mineraloga y texturas. Desde el punto de vista gentico la totalidad de las rocas se pueden clasificar en tres grandes grupos: Rocas magmticas o gneas (latn: fuego). Rocas sedimentarias (latn: sedimentos). Rocas metamrficas (griego: transformar).En el siguiente cuadro se presentan las principales caractersticas de las rocas gneas, las que se han formado a partir de la cristalizacin del magma.Rocas magmticas o gneasRocas intrusivas o rocas plutnicasRocas subvolcnicas o hipabisalesRocas efusivas o volcnicasRocas volcanoclsticas

Cristalizacin en altas profundidadesCristalizacin en bajas profundidadesCristalizacin en la superficieCristalizacin superficial o en la atmsfera

Enfriamiento lentoEnfriamiento medianoEnfriamiento rpidoEnfriamiento muy rpido

Cristales grandes.Cristales grandes ylo pequeosCristales pequeos y tal vez fenocristalesCristales pequeos

Sin minerales amorfosCasi sin minerales amorfosCon minerales amorfosCon minerales amorfos

Sin porosidadCasi sin porosidadCon porosidadTal vez textura espumosa

Textura equigranularTextura equigranular o porfrticaGrano fino o texto- ra porfrticaGrano fino con bombas o clastos

Cristales hipidiomr- ficosCristales hipidiomr- ficos y/o fenocristales idiomrficosFenocristales idio- mrficosCristales con contornos fundidas

Ascensin del magmaEl magma se origina debajo de la corteza terrestre, probablemente en la zona conocida como astenosfera, luego es forzado a ascender a la superficie por los siguientes factores: Su menor peso especfico. Los efectos de la presin de las rocas suprayacentes. 50 1 David Rojas Caballero y Jorge Paredes ngelesRocas efusivas

Rocas sRocas hipabisalesFig. 1. Esquema de la distribucin vertical de las rocas magmticas. La presencia de gases que irrumpen desde el interior. Los movimientos que tiene el globo terrqueo.Algunos estudios demuestran que el 90% del magma que se genera se solidifica en el interior- de la corteza terrestre y slo el 10% lo hace en la superficie. Este magma migra a lo largo de roturas o planos de menor resistencia y de llegar a la superficie fluye en forma de lava que al consolidarse da origen a las rocas gneas extrusivas o volcnicas (efusivas).El magma que se queda en el interior de la corteza terrestre se solidificar y dar origen a 'las rocas gneas intrusivas o plutnicas. El magma que llega a solidificarse a profundidades intermedias o cerca a la superficie terrestre dar origen a las rocas gneas hipabisales.Lava. Es el magma expelido por una construccin volcnica sobre la superficie terrestre, se caracteriza por la ausencia de elementos voltiles y vapor de agua. La composicin qumica y mineralgica, y la textura de las rocas gneas varan de acuerdo con las caractersticas del magma madre y del medio en que tiene lugar la cristalizacin.Compendio de geologa general51

Evolucin magmticaUna de las grandes interrogantes de hoy es explicar las variaciones de composicin mostradas por las rocas gneas. Una de las principales teoras acerca de la formacin de estas rocas plantea la hiptesis de que todos los magmas indiferenciados tienen composicin bsica.Segn esta teora el material denso sobre el que flotan los continentes es basalto o en todo caso un material que se puede fundir con facilidad, parcial o totalmente, para obtener un basalto. De esta manera podemos explicar la diferenciacin de un basalto para dar lugar a materiales cada vez ms cidos.Entre los principales procesos que intervienen en la consolidacin del magma tenemos:1. Diferenciacin magmticaEs la segregacin de fracciones del magma o la acumulacin de cristales de diferente composicin (respecto del lquido matriz) que generan rocas de composiciones diferentes. Proceso:I. Primero se cristalizan minerales ricos en hierro, magnesio, calcio (ferromagnesianos) y metales como cromo y nquel, que originarn rocas como el gabro y basalto.2. Luego de cristalizarse los minerales de composicin intermedia el magma se va haciendo cido.Aqu las rocas son ricas en lcalis (potasio y sodio) y algo de slice, y se forman las andesitas y dioritas, entre otras.3. Al final tenemos un magma cido, rico en sosa y slice, que originar rocas como el granito y la riolita.4. Como resultado de este proceso se forma un lquido residual con iones metlicos de oro, plata, cobre, plomo, cinc y otros elementos adems del slice. En cierto momento de la consolidacin coexisten una fraccin slida y una fraccin lquida residual fundida, ambas fracciones son de composiciones diferentes que originarn rocas diferentes. Uno de los medios usados para separar estas fracciones es calcular la diferencia de densidad entre los cristales ya formados y el magma.Aquellos son ms densos y se concentran al fondo.52 I David Rojas Caballero y Jorge Paredes ngeles La diferenciacin magmtica se debe tambin a otras causas, como el descenso de-los cristales precipitados temprano y de mayor densidad en comparacin con el magma restante, hecho que se da en algunos minerales como el olivino, piroxenos y espinela. El descenso de estos cristales se debe en gran parte al efecto de la gravedad, por ello se habla de una diferenciacin gravitacional.

Rio.litaTraquita.AnciestaBasaltoRoca efusivainitaDioritaGabroRba',ntrt.iSiy> 65%52 - 65 'Yo separacin parcial del magma restante por gravitacin (acumulacin del olivino en el fondo de la cmara magmtica) o por la formacin de una aureola de piroxeno alrededor del olivino, la cual funciona como un escudo de proteccin que impide que el olivino reaccione con el magma --> magma restante enriquecido en Si02 y en Fe2+, ms pobre en MgO respecto al magma originario --> descenso de la temperatura --> formacin 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.Durante el enfriamiento paulatino del magma, el proceso de la diferenciacin gravitacional entre el cmulo de cristales y el magma restante puede ocurrir varias veces suponiendo que los cristales sean separados del magma restante.Las fbricas de cmulo se localizan principalmente en los cuerpos plutnicos mficos y ultramficos y se les llama intrusiones estratificadas (layered intrusions). La ms grande de stas es el complejo de Bushveld, en Sudfrica, un cuerpo magmtico de 450 km2 x 350 km2 de rea y nueve kilmetros de espesor, compuesto de estratos de peridotita, piroxenita, gabro, norita y anortosita; en su parte inferior se sitan 15 bandas de cromita con espesores de hasta un metro, suprayacentes por 25 bandas de magnetita. Otros cmulos son la intrusin de Skaergard en Groenlandia y el complejo de Stillwater en Montana, Estados Unidos.Tambin se puede producir la diferenciacin de un magma por los procesos de compresin. Asimismo, se distinguen algunos tipos primarios de magmas; por ejemplo, el magma basltico.2. Cristalizacin fraccionadaEs la separacin de una o varias fases slidas a partir de un magma diferenciado. En el transcurso del enfriamiento del magma la cristalizacin de los silicatos no se produce en el mismo momento sino en forma gradual, en consecuencia los minerales se separan de la mezcla fundida silicatada siguiendo un orden definido en funcin de la temperatura y presin.Los minerales separados primero sern slidos y por lo tanto ms densos que el resto del lquido magmtico; caern hacia la parte inferior y el lquido restante se empobrecer en los componentes que cristalizan primeramente. El magma residual se empobrecer en calcio, hierro y magnesio, pero se enriquecer en silicio, aluminio, potasio y sodio.54David Rojas Caballero y Jorge Paredes ngeles Estos experimentos fueron realizados por Bowen en 1915; por ello las reacciones que se producen reciben el nombre de Series de Reaccin de Bowen y son una forma de originar magmas cidos a partir de otros ms bsicos.Olivino100 %AnortitaCa4ByTownitaPiroxenoCI) cn(Augita, dipsido,SEnstatica)t O O co o5Labradorita4a) o.AndesinaAnfibolw .52(Hornblenda)Oligoclasa4100 %BiotiteCaAlbita

11111Ortoclasa Moscovita CuarzoFig. 3. Series de reaccin de Bowen.La diferenciacin por medio de la cristalizacin fraccionada permite explicar las asociaciones de minerales de las rocas gneas. Los minerales que cristalizan compatiblemente como el olivino y la plagioclasa clcica o el cuarzo, el feldespato potsico y la plagioclasa sdica suelen presentarse juntos en la roca.Por reaccin continua un cristal formado a altas temperaturas como una plagioclasa rica en el componente C234 vara gradualmente su composicin reemplazando una porcin de los iones de Ca2+ por los iones de Na+ y una porcin de los iones Al" por los iones de Si". Para mantener su neutralidad el reemplazo de Ca2+ por Na+ est acoplado con el remplazo de Al" por Si". La serie de reaccin contnua parte de la plagioclasa rica en Ca21- y pasa por varias plagioclasas de composicin intermedia hacia la plagioclasa rica en Nao.Compendio de geologa general55Por reaccin discontinua un cristal mfico formado a alta temperatura reacciona con el lquido restante, una porcin de los cristales formados a alta temperatura se disuelve y sus iones constituyen junto con otros del magma un mineral ms rico en silicio y estable a una temperatura ms baja que la del primer mineral cristalizado. La serie de reaccin discontinua se inicia con la cristalizacin de olivino, luego pasa hacia el piroxeno seguido por el anfbol y por la biotita.La Serie de Bowen incluye las dos ramas convergentes de las series continua y discontinua. La plagioclasa rica en Na+ (albita) cristaliza casi simultneamente con la biotita.A ellos le sigue el feldespato alcalino, la moscovita y finalmente el cuarzo en orden decreciente de la temperatura.Considerando la estructura cristalina de los minerales mficos de la serie de reaccin discontinua, a altas temperaturas se observa la cristalizacin de las estructuras de tetraedros de (SiO4)4- sencillas y cuando la temperatura disminuye sucesivamente las estructuras de tetraedros de (SiO4)4- se vuelven ms complejas. El olivino, cuya estructura se compone de tetraedros de (SiO4)4- independientes, cristaliza el primero a temperaturas ms altas, seguido por el piroxeno con cadenas simples de tetraedros de (SiO4)4- y por el anfbol con cadenas dobles de tetraedros de (SiO4)4-.A1 final se forma la biotita con su estructura compleja de lminas de tetraedros de (SiO4)4-.Calor terrestreConocido tambin con el nombre de Gradiente geotrmico, es el aumento de la temperatura a medida que se va ingresando hacia el interior de la Tierra.Por cada 33 metros de descenso la temperatura aumenta un grado celsius. El calor terrestre puede ser modificado por las siguientes causas: Circulacin de aguas subterrneas. Conductibilidad de las rocas. Proximidad a reas volcnicas Presencia de minerales radiactivos.El gradiente geotrmico en la corteza, la subida de la temperatura con la pro- fundidad es en promedio de un grado celsius por 33 metros o 30 grados por un kilmetro. En una zona de subduccin, a lo largo de la placa hundida, el gradiente56David Rojas Caballero y Jorge Paredes ngeles geotrmico es menor: aproximadamente cinco grados celsius por kilmetro. En un arco magmtico el gradiente geotrmico es mayor y puede oscilar de 90 C a 100 C por kilmetro.Fuentes de calorEn la corteza inferior la temperatura normal es de 500 ()C a 6 000 C. Probablemente, las fuentes de calor para el proceso de magmatismo son:a) Sustancias radiactivas. Son relativamente abundantes en las partes granticas de la corteza, y el calor producido por la desintegracin puede contribuir a elevar la temperatura.b) Corrientes de conveccin. Se desarrollan en la parte ms baja del manto y pueden provocar una fluencia de calor procedente del centro de la Tierra.c) Movimientos y otros cambios geolgicos. Tienen lugar en la corteza proporcionan fuentes locales de calor, las acumulaciones potentes de sedimentos pueden cerrar el paso al flujo de calor procedente de niveles ms profundos.Magmatismo intrusivoProceso conocido tambin como plutonismo. El magma no llega a la superficie y al solidificarse a diversas profundidades forma cuerpos de contornos irregulares. Las observaciones de campo muestran que la mayor parte del magma (los 9/10 o ms) no alcanzan la superficie sino que se consolidan enfrindose y cristalizndose bajo tierra formando de esta manera los cuerpos llamados intrusiones.Existen varias formas de cuerpos magmticos en funcin de las condiciones de su formacin y su relacin con las rocas encajonantes.Cuerpos abisales o plutonesMasas o cuerpos de variadas formas de roca gnea que se formaron cuando el magma se consolid en el interior de la corteza terrestre.Batolito. Son plutones discordantes gigantescos, de forma irregular que au- mentan de tamao hacia el interior pero sin llegar a definir un lmite inferior.Compendio de geologa general57Constituidos por rocas formadas a gran profundidad en condiciones de altas presiones y un lento descenso de la temperatura. Las reas que ocupan estos cuerpos alcanzan decenas de miles de kilmetros cuadrados, frecuentemente los batolitos tienen una composicin cida. Ejemplos: Alaska con aproximadamente 160 mil km2; Batolito de la Costa, que se observa desde Chiclayo hasta Arequipa (tiene 1300 km de longitud y 70 km de ancho); Batolito de Pataz, entre otros.Stock o bolsada. Son plutones discordantes de forma irregular, cuerpos intrusivos relativamente pequeos (segn R Dely, su rea de exposicin es menor de 100 km2) formados a gran profundidad, generalmente estn ligados a batolitos. Cuando la superficie de afloramiento es en promedio de 1,5 km2, algunos investigadores los denominan apfisis. Ejemplo: Cerros Arrastre (UN1).Los batolitos y stocks se desarrollan en zonas de plegamiento. Su origen an no es claro, antes se supona que no tenan "fondo" y que llegaban hasta las fuentes del magma; sin embargo, estas ideas no han sido confirmadas por estudios recientes. Cuerpos hipabisales Son cuerpos magmticos consolidados a poca profundidad. Por sus relaciones con las rocas de caja se pueden distinguir dos grupos:Hipabisales concordantesSon cuerpos intrusivos que se colocan entre las capas sedimentarias y se adaptan o siguen las tendencias que stas les imponen.Sill. Conocido tambin con el nombre de "manto", "filn capa" o "estrato intrusivo", se forma cuando el magma que asciende por la fractura ingresa entre las capas de acuerdo a la estratificacin y se convierte en un cuerpo tabular. Es una intrusin tabular concordante, es decir se encuentra en paralelo a las rocas preexistentes. Dependiendo de la posicin de las rocas adyacentes pueden ser horizontales, inclinados o verticales. Son de dimensiones variables, los sills a veces ocupan reas de cientos de miles de kilmetros cuadrados. Ejemplos: el altiplano Karru, en Sudfrica, de 570 mil km2 y una potencia que alcanza cientos de metros; el Morro Solar y Las Casuarinas (Lima, Per).Lacoiito. Son intrusiones en forma de hongo o campana (lente convexo aplan- do en un extremo), compuestas de magma viscoso y emplazadas entre las capas58David Rojos Caballero y Jorge Paredes ngeles de rocas sedimentarias a la cuales eleva. El ascenso del magma se produce por canales verticales, la altura del cuerpo alcanza en su parte central cerca de un octavo del dimetro de la base. Ejemplo:Ayu-Dag en Krimea.Lopolito. Cuerpos intrusivos en forma de plato extendido o taza. Generalmente, la altura del cuerpo alcanza alrededor de un dcimo de su dimetro. Compuestos de rocas bsicas y ultrabsicas, los lopolitos estn ligados a las grandes depresiones sinclinales de las plataformas. Ejemplos: Masivo de Bushveld en Sudfrica, con un rea aproximada de 30 mil km', y el lopolito de Sedvery en Canad.Facolitos. Cuerpos intrusivos que resultan de la solidificacin del fundido magmtico en una serie de rocas que han experimentado procesos de plegamiento. El aumento de la potencia de los facolitos est asociado a las charnelas de los pliegues.Hpabisales discordantesCuerpos intrusivos irregulares que se emplazan en zonas de distensin y fracturamiento.

Fig. 4. Morfologa de los cuerpos magmticos.Compendio de geologa general I 59

Neck o cuello volcnico. Masa de roca gnea casi vertical, de seccin casi circular que cruza las rocas adyacentes. Es un relleno de forma cilndrica. Se forma frecuentemente como resultado del enfriamiento de la lava o de la mezcla de productos piroclsticos de la erupcin en la parte inferior del crter de los volcanes.Venas y diques. Cuerpos que cortan las capas de rocas sedimentarias o metamrficas y se forman como resultado del ingreso del magma en las fracturas. Se llaman diques a las venas orientadas casi verticalmente o que tienen un ngulo de buzamiento muy alto. Su potencia vara desde algunos centmetros hasta decenas de metros y se extienden decenas y hasta centenas de kilmetros. Generalmente estn compuestos por rocas bsicas. Ejemplos: el Gran Dique de Zimbabue (antigua Rhodesia), que tiene una longitud 500 km, una potencia de cinco a diez kilmetros y est compuesto de rocas bsicas y ultrabsicas; en Lima se encuentran en el Cerro Arrastre, El Morro Solar, Las Casuarinas y otros lugares.Magmatismo extrusivo El magma que llega a la superficie se transforma en lava que se propaga por el lugar circundante y forma amplios mantos y coladas. Los procesos volcnicos estn relacionados con el magmatismo efusivo, por ello se le llama frecuentemente vulcanismo o volcanismo. Es un proceso constructivo pues da origen a las montaas volcnicas, campos y mesetas lvicas.VulcanismoConjunto de procesos asociados a la transferencia del magma desde el interior de la Tierra hacia la superficie. El vulcanismo actual est limitado a regiones de la Tierra donde las placas tectnicas convergen, divergen y se desplazan sobre puntos calientes del manto. La prueba ms directa del origen de las rocas gneas proviene del estudio de los volcanes. Los focos volcnicos se localizan, aproximadamente, entre los 20 km y 40 km. Entre los aspectos de la actividad volcnica que se puede investigar figuran:- El carcter de la erupcin en los diferentes volcanes.- La composicin de las rocas arrojadas por los volcanes.La distribucin de la actividad volcnica terrestre. 60 I David Rojas Caballero y Jorge Paredes ngeles

VolcnAbertura en la superficie terrestre a travs de la cual sale el magma. Generalmente, los volcanes son accidentes locales de la corteza terrestre. Los aparatos que sirven para la manifestacin del movimiento del magma (erupciones) son los volcanes. La erupcin de un volcn depende de la viscosidad del magma y del contenido de los productos voltiles. La ciencia que se ocupa del estudio de los volcanes recibe el nombre de vulcanologa.CraterLava

SillsBrechaCono adventicio sepultadoCono adventicioMaterial piroclsticoDiquesConducto volcnicoBasamento (Rocas sedimentarias, gneas y/o metamrficas)Fig. 5. Corte esquemtico de un volcn.Como resultado de repetidas erupciones, la lava que va acompaada a veces de rocas piroclsticas apila alrededor de la abertura y forma normalmente un cono volcnico atravesado por un crter central.Las chimeneas secundarias que se forman sobre las laderas dan lugar a los conos parsitos o conos adventicios.Compendio de geologa general 61