Tema 6 Magmatisme i roques magmàtiques

TEMA 6: MAGMATISME I ROQUES ÍGNIES

1. MAGMA

Concepte: Roca fosa de composició silicatada (Si, O, Al, K, Ca, Na, Fe, Mg), en la qual pot haver porcions de roca sense fondre i una proporció important de gasos en dissolució (que tenen una gran influència en la seva mobilitat).

La T en què comença la fusió d'una roca (fusió dels minerals de punt de fusió menor) es denomina punt de solidus. El punt de fusió total de la roca, que fundeix el mineral amb el punt de fusió més alt es denomina, punt de líquidus.

Factors que afavoreixen la seua formació

• La temperatura, si augmenta es produeix la fussió (via 1)
• La pressió que suporta la roca (a majors pressions corresponen punts de fusió més alts). Si baixa la P, a igual T es pot formar el magma (via 2)
• La presència d'aigua en el medi facilita la formació del magma a T inferiors.
• La presència de compostos volàtils rebaixa també el punt de fusió dels minerals del magma. Aquests dos factors perquè trenquen els enllaços Si-O dels silicats.

Classificació dels magmes

Podem classificar els magmes segons la quantitat de sílice en:

1. Magma àcid o fèlsic: presenta un alt contingut en Si (al voltant de 65%). És ric en ions Na, K i Al. Forma minerals de colors clars (leucocràtics) com quars, moscovita, plagiòclasis, ortosa... És un magma viscós que sol consolidar a l'interior de l'escorça formant granit (plutònic). Si consolida a l’exterior forma riolita (volcànica). Està associat a les zones de subducció.

2. Magma intermedi: conté entre el 50 i 60% de Si. És menys viscós que el magma fèlsic. Les seves laves originen roques com l'andesita (volcànica). Si cristal·litza a l'interior de la litosfera forma diorita (plutònica).

andesita

diorita

3. Magma bàsic o màfic: el de menor proporció de Si (menys del 50%). Són rics en ions de Ca, Mg i Fe. Forma minerals de colors obscurs (melanocràtics o ferromagnesians) com olivina, piroxens, amfíbols, biotita...És un magma fluid que es localitza en les zones de dorsal i forma roques com el basalt (volcànic) i el gabre (plutònic).

basalt

gabre

Densitat del magma: depèn de si s’ha format a partir d’escorça continental (2,5g/cm3) o oceànica (3g/cm3)

Viscositat dels magmes

Els magmes d'alt contingut en sílice i pobres en aigua estan més polimeritzats (filo i tectosilicats) la qual cosa els fa més viscosos, el flux és més dificultós i la nucleació i creixement dels cristalls és lent.

Els magmes rics en volàtils i pobres en sílice, es comporten en forma oposada. Els tetraedres de Si no formen xarxes (neso, soro i inosilicats), la qual cosa els fa més fluids

2. EVOLUCIÓ DEL MAGMA

La majoria dels magmes s'allotgen en una cambra magmàtica a poca profunditat de la superfície (1-5 km de profunditat) on experimenten una sèrie de processos que canvien la seva composició. Per això, a partir d'un magma primari es poden obtenir molts tipus diferents, magmes secundaris o residuals. Els processos que poden fer variar la composició del magma són:

A. Diferenciació magmàtica per cristal·lització fraccionada. B. Assimilació C. Mescla de magmes

A. Diferenciació magmàtica per cristal·lització fraccionada. Sèries de Bowen

No tots els minerals del magma cristal·litzen alhora, sinó uns a continuació d'uns altres a mesura que van variant pressió i temperatura (cada mineral té el seu punt de fusió). Es diu per això que la cristal·lització del magma és fraccionada. Cada mineral cristal·litzat es separa del magma per precipitació

Els minerals formats a alta T, poden ser inestables quan aquesta baixa. Alguns canvien la seva composició de forma gradual, adaptant-se a les noves condicions. Altres reaccionen amb en el magma. D'una o altra forma es formen nous minerals.

S'estableix així un procés de reacció contínua entre els components líquid i sòlid del magma, en el transcurs del qual van formant-se minerals amb punts de fusió progressivament menors que substitueixen, total o parcialment, als anteriorment formats. Ho anomenem sèries de reacció.

La sèrie de reació més coneguda és la de Bowen, ens mostra l'ordre de cristal·lització dels silicats conforme disminueix la T del magma.

La sèrie de reacció de Bowen es pot subdividir en dues branques:

Branca contínua (sèrie de les plagiòclasis)

Branca discontínua (minerals ferromagnesians)

Convergeixen en un tronc comú, que correspon a la cristal·lització del feldespat potàssic (ortosa), la moscovita i finalment quars.

Branca discontínua: en el cas dels minerals ferromagnesians, a mesura que es passa d'un interval de pressió i temperatura a un altre, desapareix un mineral i apareix el següent, sense formes intermèdies, les transformacions impliquen canvis en l'estructura cristal·lina.

Branca contínua: les plagiòclasis formen una branca contínua entre la anortita i l'albita, perquè els seus minerals no es substitueixen bruscament, sinó mitjançant formes intermèdies isomorfes, amb transició gradual dels uns als altres per substitució d'ions en l'estructura cristal·lina, que és invariable.

Els Mg i Fe, d'una banda, i Ca i Na, per l’altra, es consumeixen a mesura que ocorre la cristal·lització al llarg de les dues branques. El magma restant s'enriqueix en K, Al i Si, els quals es combinen per a formar el feldspat potàssic (ortosa) i si la pressió de l'aigua és alta es forma el silicat de fulla de la mica moscovita. Finalment, en el magma restant és predominantment ric en Si i O, per la qual cosa es forma el quars (SiO2).

Ortosa

B. Assimilació magmàtica

Quan un magma ascendeix, es troba roques de composició diferent a la seva. Entre aquestes roques de caixa i el magma es produeixen reaccions que provoquen la incorporació de material des de la roca al magma. La incorporació pot produir-se de diverses formes:

• Per fusió dels minerals de la roca de caixa que passen a formar part del fos.
• Per reaccions entre el magma i la roca de caixa amb les que s’intercanvien ions.
• Per inclusió en el magma de fragments de roca en els quals els minerals es conserven sense transformar-se. Aquests fragments de roca o xenòlits, i poden reconèixer-se posteriorment en la roca magmàtica.

C. Mescla de magmes

Es produeix quan un magma es barreja amb un altre diferent originant un magma de composició diferent.

El cas més freqüent és que en una cambra magmàtica ocupada per un magma ja diferenciat (magma secundari) es produeixi una injecció d'un nou magma primari que es barreja amb l'anterior. Encara que és més difícil, també es pot donar mescla de magmes sense relació genètica, procedents de diferents magmes primaris.

3. TEXTURA DE LES ROQUES IGNIES

La textura fa referència al grau de cristal·lització, grandària dels minerals i la seua disposició. La grandària dels minerals depèn de la velocitat de refredament. En general un refredament ràpid forma cristalls menuts i el lent majors i ben formats.

Segons la grandària dels minerals, la textura es:

AFANÍTICA: els cristalls no es poden veure a simple vista (basalt)

FANERÍTICA: els cristalls s’aprecien a simple vista (granit)

VÍTRIA: els minerals no han tingut temps de cristal·litzar, estan en estat amorf (obsidiana)

PORFÍDICA: amb grans cristalls (fenocristalls) immersos dintre d’una pasta vítria (andesita, pòrfid granític)

VESICULAR: quan el magma té molts gasos i queden atrapats durant el ràpid refredament formant cavitats que anomenem vesícules (pumita, escòria)

4. CLASSIFICACIÓ DE LES ROQUES ÍGNIES

A) ROQUES PLUTÒNIQUES O INTRUSIVES: Formades per un procés de refredament en zones més o menys profundes de l'escorça, amb una velocitat molt lenta. S'originen així una sèrie de roques totalment cristal·litzades (la cristal·lització en aquestes condicions pot durar de l'ordre de milions d'anys). Són roques caracteritzades per textures fanerítiques granudes, de gra mig a gros.

GABRE

GRANIT

SIENITA

DIORITA

PERODOTITA

B) ROQUES VOLCÀNIQUES O EXTRUSIVES: S'originen quan el procés de refredament és ràpid, bé perquè el magma ha sortit directament a la superfície o perquè ha arribat prou prop d'ella en el seu procés d'ascens. El temps de formació de la roca és curt, i la cristal·lització dels minerals és, en conseqüència, deficient. Les textures típiques d'aquestes roques són afanítiques, porfíriques i parcialment vítries.

RIOLITA

KOMATIITA

TRAQUITA

BASALT

ANDESITA

C) ROQUES FILONIANES O SUBVOLCÁNIQUES: La solidificació es produeix prop de la superfície de la terra, d'una manera relativament ràpida i el magma ocupa esquerdes i fractures (dics, filons, sills, lacòlits, etc.). Les característiques de cristal·lització són intermèdies. Textures porfíriques.

EMPLAÇAMENTS INTRUSIUS

CONCORDANTS:

• Sill (tabular o cilíndric)
• lacòlit (fungiforme massiu)
• lopòlit (fungiforme al reves massiu)

DISCORDANT:

• Dic (tabular o cilíndric)
• batòlit (gran i massiu)
• stock (menor i massiu)

EMPLAÇAMENTS DE SUPERFÍCIE

JULIOL 2017 PREGUNTA A1. MINERALS I ROQUES Qüestió a) Siga un magma hipotètic que estiga constituït només per àtoms de Si, O, Al, K, Ca i Na. Quins minerals podrien formar-se pel refredament progressiu d’aquest magma? Enumereu-los i ordeneu-los per temperatures decreixents de formació. Qüestió b) Enumereu els processos pels quals poden desenvolupar-se magmes amb diversa composició química a partir d’un magma originari i expliqueu-ne un. Qüestió c) Què s’entén per textura d’una roca ígnia? Esmenteu tres exemples de textura. Qüestió d) Completeu els buits de la figura següent amb els noms apropiats de roques, minerals i textures.

Qüestió a) Els elements indicats corresponen a la composició química dels minerals que cristal·litzen en la sèrie contínua de Bowen, de la que resulten les plagiòclasi i el feldspat potàssic. Per cada mineral correctament citat (plagiòclasi càlcica o anortita, plagiòclasi sòdica o albita, i feldspat potàssic o ortosa), es valorarà amb 0.4 punts. Si a més inclou la seua fórmula química, s'afegiran 0.1 punts a cada exemplar citat. Si finalment especifica que l'orde de cristal·lització (a temperatures decreixents) és anortita – albita – ortosa, es valorarà amb 1 punt (o la seua part proporcional en cas de citar incorrectament algun d'ells).Qüestió b) Per cada procés citat (cristal·lització fraccionada i sedimentació de vidres, assimilació i mescla de magmes), 0.5 punts. Si l'alumne descriu la cristal·lització fraccionada, haurà d'explicar que a mesura que es formen els primers minerals (p.e. l'olivina), el magma s'anirà empobrint en els elements químics que els componen (Fe, Mg) i enriquint progressivament en aquells altres que no participen en la seua estructura cristal·lina (Al, K), de manera que el magma va modificant progressivament la seua composició química. Si descriu l'assimilació, de roca encaixada, haurà d'explicar que per l'alta temperatura del magma (>1200-1400 ºC), alguns minerals/roques encaixades poden fondre's i el magma resultant, de composició química normalment diferent de la del magma preexistent, es mescla amb ell, modificant així progressivament la seua composició química. Si l'alumne descriu la mescla de magmes haurà d'indicar que els magmes, pel seu origen i història prèvia, sovint tenen composicions químiques diferents entre si, per la qual cosa la mescla resultant serà diferent dels magmes originals. En funció de com resulte de completa la descripció del procés triat per l'alumne, fins a 1 punt. Qüestió c) Per respondre que la textura d'una roca ígnia és una propietat que fa referència a la grandària, forma i disposició dels components de la roca (minerals i/o vidre), el que permet deduir informació sobre la història de la formació de la mateixa, es valorarà amb 1 punt. Per cada textura esmentada (afanítica, fanerítica, porfírica, vesicular, piroclástica, etc.), 0.5 punts. Qüestió d) Les respostes correctes són: 1.- Riolita, 2.- Basalt, 3.- Plutònica, 4.- Diorita, 5.- Feldspat potàssic, 6.- Piroxé, 7.- Olivina, 8.- Intermedi, 9.- Ultrabàsic, i 10.- Augment de sílice. Es valorarà amb 0.25 punts cada terme correcte.

JUNY 2018 PREGUNTA B2. PETROLOGIA Qüestió a) Realitzeu un dibuix mostrant les parts d’un volcà, poseu nom a cada part i enumereu els tres tipus de productes que pot llançar un volcà. Qüestió b) Què és la textura d’una roca ígnia? Esmenteu tres exemples. Qüestió c) Esmenteu un exemple de: 1) roca plutònica àcida, 2) roca plutònica bàsica, 3) volcànica àcida, i 4) volcànica bàsica. Qüestió d) Expliqueu què són un batòlit, un lacòlit i un dic.

Qüestió a) En funció de com siga de complet i clar el dibuix, fins a 1,6 punts. Per a rebre la màxima qualificació haurà d’incloure els termes: cambra magmàtica, ximenera, con volcànic i cràter/caldera. Els productes volcànics poden ser: gasosos, colades de lava i piroclastos. Es valorarà amb 0,3 punts cada producte esmentat. Qüestió b) La textura fa referència a la grandària, forma i disposició dels components (cristalls/vidre) d’una roca ígnia. Si en la definició s’esmenten els tres elements (grandària, forma i disposició), es valorarà amb 1 punt, puntuació que es reduirà proporcionalment si solament se n’esmenta algun. Per esmentar textures, 0,5 punts per cadascuna. Poden ser: fanerítica (o algun dels seus tipus, com la pegmatítica, la granuda, l’aplítica , etc.), afanítica, porfírica, holocristal·lina, holohialina, vítria, etc. Qüestió c) Per cada exemple correctament esmentat, 0,6 punts, que seran 2,5 punts si esmenta correctament els quatre exemples sol·licitats. Plutònica àcida: granit; plutònica bàsica: gabre; volcànica àcida: riolita, volcànica bàsica: basalt. Qüestió d) Batòlit és una massa irregular de roca plutònica de grans dimensions (centenars de km), de composició homogènia. Lacòlit és un cos de menor dimensió que el batòlit, caracteritzat per una base més o menys plana i morfologia convexa a sostre, que apareixen disposats concordants amb la roca encaixant. Un dic és una intrusió tabular de roca ígnia a favor de zones de feblesa de la roca encaixant, com fractures, per la qual cosa són discordants amb aquesta roca encaixant (tallen l’estratificació).

JUNY 2019 PREGUNTA B1. MINERALS I ROQUES Qüestió a) El cicle de les roques: descriviu-lo i feu-ne un dibuix il·lustratiu. Qüestió b) El quars és un tectosilicat molt abundant en la natura. Esmenteu tres exemples de roques (una de sedimentària, una altra de metamòrfica i una altra d’ígnia) que continguen quars en abundància. Qüestió c) Enumereu els factors que controlen la fusió de les roques i la formació dels magmes i expliqueu com actua cadascun. Qüestió d) Associeu les roques granit, komatiïta, andesita, peridotita i gabre, amb la composició química del magma original (àcid, intermedi, bàsic o ultrabàsic) i amb la velocitat de refredament del magma (ràpida o lenta).

Qüestió a) L’explicació haurà d’indicar que hi ha tres tipus de roques (sedimentàries, ígnies i metamòrfiques), les quals poden originar-se a partir de qualsevol de les altres mitjançant processos de fusió (resultant les roques ígnies), metamòrfics o per meteorització (resultant les sedimentàries). El dibuix haurà de contenir els tres tipus de roca i fletxes que les connecten, indicant en cada cas el tipus de procés que dóna lloc a cada grup de roques. En funció de com siguen de clars l’explicació i el dibuix, fins a 2,5 punts. Qüestió b) Per cada roca correctament atribuïda a cada grup (igni/metamòrfic/sedimentari) i que continga quars en abundància, es valorarà amb 0,75 punts. Si les tres roques són correctes, 2,5 punts. Exemples possibles: gres, conglomerats/bretxes (sedimentàries); granit, riolita (ígnies); gneis, quarsita (metamòrfiques). Qüestió c) Per cada factor esmentat (pressió, temperatura i contingut en aigua), 0,5 punts. Si explica l’efecte de la temperatura, haurà d’indicar que es deu al subministrament de calor del medi, i que s’arriba a la temperatura de fusió dels minerals. Si explica la pressió, haurà d’esmentar que actua pel fet que, a igualtat de temperatura, les roques disminueixen el punt de fusió en disminuir la pressió. Si explica la presència d’aigua en el medi, la qual actua reduint també la temperatura de fusió dels minerals. En funció de com de clara siga l’explicació, fins a 1 punt. Qüestió d) Per cada associació correcta, 0,5 punts. Si és sol parcialment correcta, 0,2 punts. Les associacions són: Granit-Àcid-Lent; Komatiïta-Ultrabàsic-Ràpid; Andesita-Intermedi-Ràpid; Peridotita-Ultrabàsic-Lent; Gabre-Bàsic-Lent.

Juliol 2020 Pregunta 2) Quina manifestació geològica tenen en comú les zones d’Espanya següents: cap de Gata, Olot i Campo de Calatrava? Descriu-la i indica l’edat general d’aquesta activitat. Cita dos enclavaments de la Comunitat Valenciana on es troben manifestacions semblants.

Setembre 2020 Pregunta 4) Quins són els processos geològics de gran escala que originen la formació de les roques ígnies? Amb quin tipus de grans formacions es relaciona? Indica una evidència de l’activitat volcànica recent a la península Ibèrica.

Juny 2021 Pregunta 2) Indiqueu el color (tonalitat), 2 minerals principals, 2 cations principals, la textura i el tipus de les roques següents: basalt, gabre, riolita i peridotita.

Juliol 2021 Pregunta 2). Expliqueu com varia la composició química de les roques ígnies segons la temperatura de cristal·lització del magma, indiqueu almenys 5 minerals representatius de la seqüència de refredament (en T decreixents) i digueu com s’anomena el diagrama representatiu d’aquesta seqüència.

Setembre 2020Pregunta 4) L’alumne ha de dir que la formació de les roques ígnies s’associa al moviment de les plaques litosfèriques, o tectònica de plaques, i a l’activitat dels punts calents. (0,3 punts), per això aquest grup de roques està molt relacionat amb la formació i l’evolució dels fons oceànics (la seua expansió), les muntanyes (marges de subducció) i l’evolució dels continents, i als plomalls del mantell (0,4 punts). L’alumne s’ha de referir a les zones volcàniques d’Olot (o la Garrotxa), Campo de Calatrava, cap de Gata o volcà de Cofrents (0,2 punts). 1 punt si tot és correcte.

Juliol 2020 L'origen del vulcanisme peninsular està relacionat amb la col·lisió entre les plaques africana i euroasiàtica, mentre que el de Canaries ho està amb la formació d'un punt calent a l'interior d'una placa oceànica, situada en el contacte amb el continent africà.En la zona d'Olot (Catalunya) el magmatisme és de caràcter basàltic alcalí, i està associat a l'última etapa distensiva que es produeix en l'àmbit mediterrani. El vulcanisme del Camp de Calatrava (Ciudad Real), en la vora meridional de l'altiplà espanyol, sembla relacionat amb els fenòmens de descompressió i formació de fosses tectòniques que caracteritzen les últimes etapes cenozoicas. Finalment, el sud-est de la Península Ibèrica està jalonat per afloraments volcànics neògens que s'estenen des de les illes Columbretes a la d'Alborán, encara que tenen la seua major representació en la franja costanera situada entre el cap de Gata i la Mar Menor, prolongant-se cap a l'interior a la regió murciana. A la Comunitat Valenciana, a més de les Illes Columbretes trobem manifestacions volcàniques en Cofrents. La major part d'aquest magmatisme és del tipus calcoalcalino (intermedi a àcid). Per part seua, el vulcanisme a Canàries és de caràcter alcalí, i ha donat lloc a la formació de set illes, quatre illots i sis roques.