Semana 6 Geologia General

5/10/2018 Semana 6 Geologia General - slidepdf.com

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GEO102 Geología General

Semana 6: Procesos endógenos

Magmatismo y plutonismo

Volcanismo y productos volcánicosTipos de erupción

Clasificación de volcanes.



PRIMERA PARTE

• Procesos endógenos.• Magmatismo y plutonismo.



Los conocimientos de las clases anteriores, nos permiten comprender cómo el

movimiento de las placas tectónicas se expresa superficialmente. Por ejemplo, en

este mapa del relieve de Centroamérica desde el espacio. El mapa cubre unadistancia de casi 2000 km.



El arco volcánico está formado por volcanes alineados paralelos a la fosa. El magmaque se estancará bajo estos volcanes o que saldrá a través de erupciones tranquilas o

explosivas, es generado a una profundidad promedio de 100 km.

FOSA PLACA DE COCOS

sedimentos fuertemente deformadosLÍNEA DE COSTA

arco volcánico



Como sabemos, los rasgos superficiales en este mapapueden ser generados por procesos internos

(endógenos) y externos (exógenos).

Los procesos endógenos abarcan procesos internos que

producen flujos de calor y de material desde la

profundidad bajo la corteza terrestre, los que sonimpulsados principalmente por el decaimientoradioactivo.

Son los procesos endógenos los que explican

magmatismo, plutonismo y volcanismo.



DOS DEFINICIONES TRASCENDENTALES

MagmaRoca fundida,

generalmente unfundido silicatado con

cristales suspendidos y

gases disueltos.

MagmatismoEs el conjunto de

procesos que conducen a

la generación de

magmas y a su

emplazamiento.



FUSIÓN DEL MANTO

¿Cómo conocemos el material del manto?1. Ofiolitas:

– Secuencia típica de rocas que constituyen la

corteza oceánica.

– Son pedazos de corteza oceánica y manto

2. Muestras de perforaciones de la corteza oceánica

• Nódulos y xenolitos en algunos basaltos

• Xenolitos de Kimberlita – “Conductos” que contienen diamantes

arrastrados desde el manto, con numerosos

xenolitos del manto profundo



FUSIÓN DEL MANTO

En el manto, el principal tipo de peridotita que generamagma, se llama lherzolita, que está caracterizada por:

Olivino (Ol) > Ortopiroxeno (Opx) + Clinopiroxeno (Cpx)Olivino

Dunita

ClinopiroxenoOrtopiroxeno

Lherzolita

Websterite

Ortopiroxenita

Clinopiroxenita

Websterita de Olivino

Peridotitas

Piroxenitas

40

10

10



FUSIÓN DEL MANTO

Cuando se estudian variaciones de asociaciones deminerales con P y T, se usan diagramas de fase, que

muestran dónde son estables los diferentes minerales.

Para una lherzolita: Plagioclasa

Poca rofundidad

(<50 km)

Espinela

50-80 km

Granate

80-400 km



CÓMO

Cuando se estudian variaciones de asociaciones deminerales con P y T, se usan diagramas de fase, que

muestran dónde son estables los diferentes minerales.

Para una lherzolita: Plagioclasa

Poca rofundidad

(<50 km)

Espinela

50-80 km

Granate

80-400 km



MAGMATISMO EN DORSALES OCEÁNICAS

La actividad ígnea es sin duda uno de los procesos más

importantes en las dorsales; la mayor cantidad de rocas ígneas

en el mundo son formadas en este ambiente.

¿Por qué es así? ¿Cómo es el magmatismo en las dorsales?

Fusión por

descompresión:disminuye la presión a

medida que se alza el

manto sólido bajo las

dorsales; la fusiónocurre entre 100 y 30

km de profundidad.



MAGMATISMO EN DORSALES OCEÁNICASA medida que la peridotita continúa alzándose, la cantidad dematerial fundido aumenta y se vuelve un material similar a

nieve derretida: una mezcla de cristales sólidos y de líquido.

Con el tiempo, la parte fundida se acumula, primero en

pequeñas gotas, que luego se agrupan en cuerpos más y más

grandes de magma.

El magma, que es de menor densidad, se eleva

independientemente del sólido.

El fundido deja tras de sí un residuo de olivino y piroxeno.

Bajo la dorsal del Pacífico Oriental que es de rápida

propagación, la zona de rocas parcialmente fundidas puede

ser de unos 100 km de ancho.




La mayoría del magma formado en las dorsales se acumula en cámaraslargas que por lo general son de 1 a 5 km de ancho, pero que en

dorsales de expansión rápida, pueden llegar a 10 km de ancho.




La corteza oceánica se desarrolla a medida que la cámara magmáticaaxial se enfría y cristaliza para formar una roca intrusiva.

Los primeros minerales en cristalizar desde este magma basáltico son

los minerales densos, olivino y cromita, que se hunden en la base de la

cámara, formando capas.




La remoción de estos minerales, y posteriores, desde el magma

(cristalización fraccionada) causa que el fundido residual vaya

cambiando de composición.

Una característica importante de este tipo de magmatismo, es quetoda la actividad ma mática se concentra en un área

extremadamente pequeña, que está centrada directamente en ladorsal. La zona donde la nueva corteza oceánica es formada mide sólo

10 km de ancho por 10 km de profundidad.

Sin embargo, esta zona se extiende miles de kilómetros a lo largo delas dorsales.



OTROS CONCEPTOS IMPORTANTES

PlutonismoEs el conjunto de

procesos que conducen a

ígneas formadas bajo la

superficie terrestre, es

decir, a un plutón.




Cristalización fraccionadaEs la separación de cristales y fundido, causando que el magma

residual cambie progresivamente su composición. Los minerales

máficos que cristalizan tempranamente son separados por caídasgravitacionales, de modo que el magma residual se vuelve más

enriquecido en sílice, sodio y potasio.




Diferenciación magmáticaEs un término general para referirse a los procesos que conducen a

la diferenciación de los magmas. Incluye a procesos tales como,

cristalización fraccionada, mezcla de magmas y asimilación.



MAGMATISMO EN FALLAS TRANSFORMANTES

El magmatismo ocurre raramente en las fallas transformantes.

En estos lugares, la generación y emplazamiento de magma

basáltico es modificada debido a las menores temperaturasinducidas por la litósfera fría adyacente.




La cantidad de magma aportado a la cámara magmática bajo

la dorsal disminuye a medida que se aproxima la falla

transformante.

Algunas fallas transformantes continentales están asociadas a

volcanismo basáltico, usualmente donde se han originado

“ - ”



MAGMATISMO EN LÍMITES CONVERGENTES

El magma en una zona de subducción es generado

probablemente cuando agua desde la corteza oceánica quedesciende es liberada y se alza en el manto sobreyacente.

manto sobreyacente y genera la fusión parcial.

La diferenciación de este magma produce magmas

andesíticos, dacíticos y riolíticos que se alzan e intruyen como

plutones o extruyen para formar estratovolcanes o calderas.



MAGMATISMO EN LÍMITES CONVERGENTES

Los volcanes en zonas de subducción alrededor del océano Pacífico

forman el “Cinturón de Fuego”.



MAGMATISMO DE ARCOS DE ISLAS

En un mapa, la manifestación más obvia de la convergencia dedos placas oceánicas es una cadena arqueada de volcanes que

se alzan desde el fondo oceánico.



MAGMATISMO DE ARCOS DE ISLAS

Estos volcanes se ubican a cerca de 100 km desde la fosa y a

100 km sobre la placa subductada.



MAGMATISMO DE ARCOS CONTINENTALES

Un arco volcánico continental es una cadena de muchosestratovolcanes sobre el margen del continente.

Los volcanes activos y los plutones subyacentes se ubican a

cerca de 100 a 200 km desde la fosa.

La parte profunda del arco consiste principalmente de rocas

plutónicas que son las raíces de los sistemas volcánicos.

Los plutones se intruyen unos a otros, formando largos

batolitos lineales, que varían típicamente desde dioritas a

granitos.

Los plutones en estos ambientes son comúnmente másgrandes y más silícicos que aquellos encontrados en los arcos

de islas.




El magmatismo a lo largo de las zonas de subducción es muydiferente de las erupciones fisurales basálticas en límites de

placa divergentes.

Los magmas generados en zonas de subducción son

característicamente, andesitas y riolitas. Son más ricos en

sílice or ende son más viscosos.

La mayor viscosidad impide que el agua disuelta en el magma

escape fácilmente para formar burbujas de gas.

Más aún, los magmas de las zonas de subducción contienenmás agua y otros volátiles disueltos que aquellos formadosen límites de placa divergentes.




Los volátiles son sustancias que pueden ser fácilmentetransformadas en vapor, tales como el agua (H2O) o el dióxido

carbónico (CO2).




El agua se mueve junto con la placa subductante en la formade fluido entre los poros de los sedimentos y como agua

incluida en las estructuras de los minerales formados por el

metamorfismo de las dorsales oceánicas.

La placa descendente es sujeta a temperaturas y presionesprogresivamente más altas.




Entre los 100 y 200 km de profundidad, la anfíbola ya no esestable, transformándose en nuevos minerales sin agua.

Anfíbola se desidratará para formar piroxeno, cuarzo y agua.




Este magma híbrido (componentes de sedimentos oceánicos,basaltos oceánicos metamorfizados, peridotita de la cuña del

manto y corteza sobreyacente).



SEGUNDA PARTE

• Volcanismo y productos volcánicos.• Tipos de erupción.• Clasificación de volcanes.



Definición

Volcanismo: es la manifestación en superficie de un planeta o satélite, deprocesos térmicos internos, a través de la emisión en superficie de productossólidos, líquidos o gaseosos.

Decaimiento radiactivo, energía remanente de la acreción planetaria,

formación del núcleo, etc.



Esta definición permite incluir erupciones de magmas silicatados y no

silicatados terrestres:



Así como también lavas y nubes de azufre en Io, “flujos de lavas” de agua ensatélites con superficies congeladas, geysers de nitrógeno en Tritón, etc.

Tritón. Voyager 2

(1989)

Io. Voyager 1(1979)



Subducción



Círculo de fuego del Pacífico



Subducción

Margen convergentecambio de paradigma:ridge push v/s slab pull



Subducción

Diagrama de fases para unmagma de composiciónbasáltica (en ausencia deagua)



Hipocentros de terremotos Volcanes Activos



Características de los Magmas

*Composición química

• Viscosidad, densidad, temperatura• Contenido de volátiles (gases disueltos)



En geología se diferencia entre magmas yfundidos. Un magma consiste de unfundido silicatado (la porción líquida delmagma) y componentes como cristales,fragmentos de roca y gases.Es decir, en un magma coexisten tres fases.

Un fundido silicatado consiste de una

tetrahedros de Si-O, junto con cationes(e.g., Ca2+, Mg2+, Fe2+) y aniones (e.g., OH-,F-, Cl-, S-) posicionados aleatoriamente. Ladensidad de las cadenas de Si-O, funciónde la composición, presión,y temperatura,

controla las propiedades físicas del fundido,como la densidad y viscosidad.



Composición Química

• Elementos mayores (abundacia > 1 % en peso), menores y

trazas (usualmente reportados en ppm)

• Las clasificaciones químicas más generales de rocas ígneas

contenido de elementos mayores

• Los elementos mayores se expresan como óxido: SiO2,Na2O, K2O, CaO, FeO, MgO, Al2O

Un sistema conveniente de



Un sistema conveniente declasificación:

Diagrama TAS Vesuvio

Llaima

Chaitén

Básico(máfico)

Intermedio Ácido(félsico)



Sin embargo, los elementos trazacuenta una historia interesante….



Viscosidad es una medida de la resistenciaa fluir de un fluído. Se puede ver como un

coeficiente que relaciona el esfuerzoaplicado a un fluido y la respuesta de éste:

Viscosidad

n

o

dt

dx

dt

dx

+=

=

η σ σ

σ η /Fluido

Newtoniano

FluidoBingham

donde τ ττ τ is el esfuerzo (Pa), es elgradiente de velocidad resultante en el

fluido, y η ηη η es la viscosidad.

τ η =

dx2du

dx

1

2

Sólo magmas muy fluidos (demuy alta temperatura) secomportan como fluidosNewtonianos.



Viscosidad

La viscosidad controla la tasa de flujode magma con respuesta a un cambio

de presión y la tasa a la cual burbujas ysólidos se mueven a través del magma.

Magmas de baja viscosidad, puedenormar a ex ensos u os e ava.

Magmas viscosos, en contraste, limitanel movimiento de los gases exsueltos,quedando atrapados en el magmaascendente, expandiéndose yeventualmente dando origen aerupciones explosivas.



Viscosidad

La viscosidad en magmas varíacon la temperatura, contenidode agua y composición, entre102 Pa s y cerca de 1011 Pa s.

9 ordenes de magnitud!!

En magmas, la viscosidad escausada principalmente por lacohesión molecular de SiO2(“polimerización”) y lapresencia de partículas sólidas(cristales).

La viscosidad se ve afectadaademás por la temperatura y elcontenido de agua (a mayoragua disuelta, el magma es

menos viscoso).



Densidad

La densidad de los magmas decrece desde magmas

basálticos a riolíticos

Densidad _

Basalto Andesita Dacita Riolita

2.7-2.8 g/cc 2.4-2.5 g/cc 2.3-2.4 g/cc 2.2-2.3 g/cc

T



Temperatura

Tipo de roca Temperatura (°C)

Basalto 1000-1200

Andesita 850-1100

Dacita 750-900

Riolita 650-850



Volátiles

Volátiles, principalmente agua y dióxido decarbono, se encuentran completamente disueltosen condiciones de alta presión (ie. un magma

sub-saturado).

A medida que el magma asciende, la solubilidadde los volátiles decrece, saturándose en éstoscompues os. s com enza e crec m en os e

burbujas (vesiculación).

La profundidad a la que ocurre lo anterior,depende de la cantidad de volátiles disueltos enel magma, la solubilidad de cada especie y

facores adicionales como la presencia decristales que pueden ayudar a la formación deburbujas.

Comportamiento Efusivo vs Explosivo



Comportamiento Efusivo vs Explosivo

Vesiculación yFragmentación

Variables importantes:Contenido de volátilesVelocidad de ascenso

- cm s en avas- omo- hasta m/s durante erupciones

Contenido de volátiles: f(p,T,X).H2O es fundamental. Solubilidad ≈ √p(si p baja a la mitad, H2O disuelta baja 70%!→ exsolución→ reacción en cadena

Cristalización tb puede inducir exsolución (fasescristalinas son generalmente pobres en H2O)

1 m3 de magma riolítico (900C), 5%H2O disuelta en profundidad (> 3km),si es llevado a superficie aumenta suvolumen en ca. 700 m3!!(mezcla de vapor y magma)

Productos Volcánicos




Indice de explosividad



Indice de explosividad

VEI (volcanic explosivityindex)escala logarítmicasemi-empíricabasada en el volumen emitido,

altura de columna, etc.

Magnitud



Magnitud

M = log[masa kg] - 7(Pinatubo=7.1, Mt St Helens=4.5)

Mediante esta escala es posiblecomparar entre erupciones de lamisma magnitud. Además se sientan

(frecuencias). Nótese que la simpleextrapolación llevaría a una notablesobre-estimación en M8 y M9.Distintos factores envueltos en ladinámica eruptiva?

Intesidad: se refiere a la descargade magma en [kg/s o m3/s]. Laintensidad es relevante en la futuraevolución de una columna eruptiva.

Duración



Duración

Aveces difícil de cuantificar (e.g.actividad freática previa a unaerupción, etc)

Implica que una erupción seextiende en promedio por 7

,

finaliza dentro el primer día.La mayoría de las erupcionesfinaliza transcurridos 3 mesesdesde el inicio.

Algunos volcanes permanecenactivos durante milenios!!(Estromboli, el “Faro delMediterráneo”)





• Lavas

• Rocas piroclásticas

• Gases

El término lava se aplica a la porción de magma que ha

alcanzado la superficie durante una evento eruptivo efusivo

(= no explosivo). De acuerdo a su morfología, las lavas se

clasifican en:

1. Pahoehoe2. Aa

3. De bloques

Lavas: basálticas



Lavas: basálticas

Las lavas pahoehoe provienen demagmas de muy baja viscosidad,y alta temperatura (típicamentebasálticos). Cada unidad de flujo

tiene un espesor bajo (centimétricoa métrico, normalmente < 1 m).

Una variedad de lavas pahoehoeson las lavas cordadas, como semuestra en la figura

Lavas: basálticas



Las lavas pahoehoe seenfrían rápidamente,generando una costrasuperficial la cual aislatérmicamente al resto delflujo.

Esto permite, bajocondicionestopográficas

favorables, laformación de tubos delava (ejemplo, cuevasvolcánicas del volcánVillarrica)

Lavas: basálticas



tubos de lava

Lavas: basálticas



Lavas AaLavas Pahoehoe

Lavas: basálticas



Vesículas y “Blisters” en lavabasáltica

“Tubos” dejados por flujos delavas en Hawaii (5 m deancho y más de 10 km delargo)

Lavas: andesíticas



Detalle de los bloques, dondese observa la propagación deenfriamiento.

Lava de bloques del VolcánSan Pedro, Norte de Chile.

Lavas: dacíticas



Incremento de viscosidad y formación de domos

Lavas: riolíticas



Domos (obsidianas): bandeamiento de flujo

Lavas



Razón de aspecto (espesor v-s área cubierta)

Lavas: morfologías



Disyunción Columnar:perpendicular al planode enfriamiento

Levées:

Columnas Eruptivas



Expansión

horizontal

Jet

Ascenso

convectivo

Columnas Eruptivas



Erupción del volcán Pinatubo en 1991 (Filipinas)

Piroclastos



• Las rocas y depósitos piroclásticos (piro =fuego; clasto = fragmento) se forman durante

erupciones explosivas en donde el magma sefragmenta.

• La fragmentación piroclástica puede originarse enla sobrepresión de fluidos asociada con un altocontenido de volátiles en el magma, o en lavaporización repentina de agua externa

interactuando con el magma

Piroclastos



Tamaño del grano Nombre del agregado Nombre de la roca(mm) no consolidado

Redondeado Angular

Piroclasto

Clasificación según tamaño

grueso

256 bomba bloque Aglomerado (bombas) Aglomerado (bombas)fino o brecha piroclástica o brecha piroclástica

64

lapilli depósito de lapilli toba de lapilli

2 gruesa

1/16 ceniza depósito de ceniza toba cinerítica

fina

Piroclastos



Clasificación según tamaño: bombas ybloques

Piroclastos



Clasificación según tamaño: lapilli yceniza

Piroclastos



Clasificación genética: juvenil y lítico(accesorio y accidental)

El material juvenil es el producto primario de una erupción piroclástica,tí icamente vidrio ómez si el ma ma es ácido o escoria si es básicoy cristales.

Los líticos accesorios son incorporados desde las paredes de la cámaramagmática, y comprenden por tanto cualquier tipo de roca que formeparte del edificio volcánico.

Los líticos accidentales son incorporados desde las faldas del volcán oincluso desde zonas distales al volcán, por donde se encaucencorrientes piroclásticos (ej. valle).

Piroclastos



Pómez, escoria y esquirla de vidrio

Corrientes piroclásticas



Nubes turbulentas de

gases y cenizasincandescentes.

Extremadementepeligrosos y

dificiles de predecir.

Se requiere evacuación.

Debate sobre su

naturaleza física(oleadas vs flujos)

Corrientes piroclásticas



Gases



Emisión pasiva v/s eruptiva

Gases



Pre-erupción

Post-erupción

Pinatubo 1991: Inyección de material

volcánico en la alta atmósfera registradopor satélites.

Alteraciones en el clima (descenso de latemperatura global en 1°C) y en la capa

de ozono.

Gases



Se mantiene N2

N2

Emisiones

Volcánicas

fotosíntesis

condensación

O2

océano

99% de la

atmósferaCO2

H2O

Estratovolcán y Volcán Escudo



Calderas



Cono piroclástico



Cráter La Poruña:

Norte de Chile

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