Roques magmatiques

4.3. Magmatisme i roques magmàtiques

El magmatisme és el procés geològic mitjançant el qual els magmes es generen, es desplacen, es refreden i originen, d'aquesta manera, les roques magmàtiques. És el principal procés petrogènic ja que més del 80% de les roques de l'escorça terrestre són d'origen magmàtic. A més a més, cal recordar la importància del procés magmàtic en la dinàmica cortical (formació d'escorça oceànica, expansió del fons oceànic, etc) .

L'evidència més clara de l'existència de magmes la tenim en el vulcanisme , procés pel qual un magma aplega a la superfície terrestre en forma de lava, es refreda i origina les roques volcàniques. No obstant aixó, dos terços dels magmes no arriben a la superfície i es refreden en zones profundes on originen les roques plutòniques , en un conjunt de processos que reben el nom de plutonisme. Es calcula que aproximadament es produeix diàriament més de 130 milions de tones, un 10% de les quals eix a l'exterior com a lava.

Fig.36: Distribució dels processos magmàtics i la seua relació amb la tectònica de plaques. Les xifres indiquen la diferent quantitat de magma originat (en Km 3 ) en un any.

Què és un magma? Els magmes són masses de matèria rocosa fosa originades en l'interior de la Terra. La temperatura a què estan sotmesos és alta (700-1.200ºC) i presenten proporcions variables d'aigua i altres components gasosos que romanen incorporats al sistema en fusió a causa de la pressió regnant.

Com s'origina un magma? Una roca és un conjunt de minerals, cadascun amb un punt de fusió característic. Això vol dir que una roca no tindrà un punt de fusió, sinó un interval de temperatures on una part de la roca estarà fosa i altra part, sòlida (podem comparar aquest fenomen amb un got d'aigua amb gel triturat). La temperatura on s'inicia la fusió d'una roca es diu punt de sòlidus ., mentre la que suposa la fi de la fusió es diu punt de liquidus    Entre ambdos punts, la roca estarà parcialment fosa.

4.3.1 Factors que regulen l'aparició dels magmes

L'elevació de la temperatura , resultat d'una concentració d'elements radioactius (alliberen energia) existents a l'interior de la Terra, o bé d'un procés mecànic (fricció entre dos plaques litosfèriques), tendeix a fondre les roques i, per tant, a augmentar-ne el volum: cada mineral té una temperatura de fusió característica.

La pressió tendeix a comprimir la massa en fusió, és a dir, contrarresta l'acció de la temperatura ja que la fusió ve acompanyada d'una dilatació. Aixó fa que en augmentar la profunditat la temperatura necessària per fondre una roca siga més alta.

El tercer factor per fondre una roca consisteix en afegir-li aigua . Tot i que amb proporció variable, una roca comença a fondre's abans en presència d'aigua.

4.3.2 On es generen els magmes?

Els magmes es formen en zones profundes de la superficie terrestre on les condicions de pressió i temperatura permeten la fusió parcial de les roques. Normalment això passa en el mantell superior i escorça inferior a profunditats que oscil:len entre 30 i 200 Km. Actualment, els processos petrogenètics s'expliquen i s'entenen dins el marc de la teoria de tectònica de plaques . Segons aquesta teoria els llocs on es produeix l'activitat magmàtica es concentren majoritàriament al llarg de les vores de les plaques litosfèriques. Aquestes plaques   es desplacen per sobre d'una capa més o menys contínua anomenada astenosfera , que es situa dins del mantell superior i que es caracteritza per tenir un comportament plàstic. L'astenosfera té velocitats sísmiques anòmalament baixes i es pensa que podria contenir de manera permanent una molt petita fracció de fos. El que sí sembla cert és que l'astenosfera es troba a unes condicions properes al solidus , de manera que en determinades circumstàncies pot produir-se una fusió substancial.

A les dorsals oceàniques es produeix la separació de la litosfera alhora que el mantell calent que prové de l'astenosfera pot ascendir de manera continuada cap a l'eix de la dorsal. Això provoca la descompressió d'aquest material mantèl·lic i la consegüent fusió de grans volums de sòlid. L'intens magmatisme de les dorsals pot explicar-se com un efecte de descompressió del material del mantell que ascén per convecció (en estat sòlid) fins a aquestes zones. En perdre pressió ultrapassarà la seua línia de sòlidus   i començarà a fondre's, fet que serà afavorit per la intensa fracturació de les zones de dorsal.

En les zones de subducció , la litosfera freda s'enfonsa dins del mantell, produint una sèrie de perturbacions que també condueixen a un procés de fusió: podriem pensar que l'entrada de litosfera freda no afavoreix la fusió, però la placa subduïda conté sediments que es deshidraten en el procés de subducció (a causa d'un augment de pressió i temperatura); llavors, es produeix una considerable entrada d'aigua en el sistema mineral del mantell, fet que fa que es rebaixe el punt de fusió dels minerals i que es puga arribar a la fusió encara que la temperatura ambient s'haja reduït significativament.

En els processos magmàtics intraplaca tenim un increment anormal de la temperatura del mantell, tot i que no hi ha un marge de placa que ho facilite. Això sembla que és degut a la pròpia dinàmica convectiva del mantell astenosfèric que fa que en alguns punts hi haja corrents calents de material ascendent (punts calents o hot spots Les illes Hawai són un exemple d'un punt calent situat sota la litosfera oceànica. En zones continentals, el procés de fusió originat en una zona de punt calent subjacent inicia un aprimament de l'escorça que culmina amb el seu trencament parcial o total - rift valleys - generant-se en aquest últim cas nova escorça oceànica.

4.3.3. Roques magmàtiques. Tipus.

Quan el magma assoleix condicions de temperatura i pressió favorables comença a solidificar, tot originant roques ígnies.   En descendre la temperatura del lloc on està present un magma o en ascendre aquest a zones més superficials de l'escorça terrestre, la massa fosa es refreda. El refredament progressiu del magma provoca la cristal·lització dels diferents minerals   que el constitueixen

 Tipus de roques magmàtiques

Si considerem el lloc on es produeix la solidificació, podrem distingir-ne dos tipus:

1- Roques intrusives o plutòniques . La solidificació té lloc en profunditat, després d'un refredament lent, en l'interior de la cambra magmàtica o en altres zones sense comunicació amb l'exterior. Com el procés de refredament ha estat suficientment lent es diferenciaran els tots els minerals i formaran cristalls, acomodant-se els uns als altres, segons l'espai que disposen. De vegades es distingueixen dos etapes en la cristal·lització dels minerals: una lenta i una altra ràpida. En aquest cas s'obtenen les roques ígnies hipoabissals o filonianes formades per la solidificació del magma en fissures, fracturs o falles

2- Roques extrusives o volcàniques . Ací el magma arriba a la superfície i solidifica després d'un sobtat descens de temperatura. Això provoca que la mescla magmàtica no tinga temps a separar-se clarament per composicions o afinitats geoquímiques   i per tant, no puga cristal·litzar.

Què entenem per textura d'una roca? La grandària dels cristalls presents en una roca depén de gran manera de la velocitat de refredament del magma. Com a regla general, el refredament lent dóna lloc a cristalls grans, mentre que si és ràpid el cristalls seran menuts. Un refredament sobtat originarà l'aparició d'un vidre natural, no cristal·litzat. La velocitat de refredament també està en relació amb la localització del magma en el moment de la seua solidificació. Els magmes immobilitzats en profunditat es refreden molt lentament ja que les roques que l'envolten transmeten   la calor molt lentament. El refredament ràpid és propi de les laves que formen capes fines i alliberen ràpidament la calor a l'atmosfera o a la hidrosfera que la cobreixen.

*Segons el grau de cristal·linitat, les roques magmàtiques poden ser:

       - Holocristal·lines , formades   quasi exclusivament per cristalls

       - Hipocristal·lines , formades per cristalls i per vidre (matèria amorfa)

       - Hialines o vítries , formades   quasi exclusivament per vidre.

*Segons la mida dels grans, les roques magmàtiques s'anomenen :

       - fanerítiques , si els seus cristalls són visibles a ull nu o amb   lupa de mà  

       - afanerítiques , formades per cristalls únicament   visibles a   microscopi.

Els principals tipus de textures de les roques magmàtiques són:

-   Granular , que es pot definir com holocristal·lina i fanerítica, amb els grans minerals de mida més o menys uniforme (d'ordre mil·limètric); És característica de nombroses roques plutòniques (granits) i indica que el magma s'ha refredat de manera lenta a l'interior de l'escorça terrestre. Hi ha casos en què els grans són especialment grans (> 2,5 cm) i formen una textura pegmatítica . Si el refredament ha estat més ràpid, els cristalls són més xicotets i formen una textura microgranuda únicament distingible al microscopi.

- Porfírica , textura heterogranular caracteritzada per la presència de cristalls grans i ben formats ( fenocristalls ), immergits en una matriu de gra fi o vítria; aquest tipus de textura indica que le magma s'ha refredat en dues etapes, una de lenta que dóna lloc als fenocristalls, i una altra de ràpida que origina la matriu. Aquesta textura la presenten algunes roques volcàniques i filonianes.

- Vítria , sense minerals cristalitzats. És pròpia de roques que s'originen per refredament sobtat de magmes, com l'obsidiana.

- Vesicular . Algunes roques volcàniques tenen textures característiques resultants de la ràpida expansió de gasos volàtils en produir-se l'erupció. Les roques es presenten plenes de cavitats formades per bombolles de gas. El seu representant més conegut és la pumita o   pedra tosca.

Manifestacions volcàniques.

Un volcà és una obertura en l'escorça terrestre a través de la qual el magma pot arribar a la superfície. Des d'un volcà són expel·lits a l'exterior materials sòlids, líquids i gasosos, en proporcions diferents segons els tipus d'erupció.

El caràcter d'una erupció volcànica està condicionat principalment per la composició del magma i la seua viscositat. La viscositat d'un magma determina la capacitat d'aquest per alliberar els gasos que conté. Els magmes molt viscosos retenen més facilment les bombolles, de manera que l'eixida a l'exterior es realitzarà de forma violenta. Als magmes més fluids,   la viscositat és més baixa i la desgasificació té lloc de manera més tranquil·la. Aquest diferent comportament del magma fa que les erupcions es puguen classificar en explosives , efusives i mixtes . En les erupcions explosives , l'escampament violent dels gasos arrossega fragments de material magmàtic juntament amb fragments sòlids (piroclasts) que provenen de la paret de la xemeneia i del cràter, sense o amb poca emissió de lava. Les erupcions efusives són manifestacions molt més tranquil·les amb emissió de lava molt fluida, la qual es refreda i forma estructures anomenades colades . Les erupcions mixtes corresponen a un tipus intermedi entre les dues anteriors i en elles les emissions de lava van acompanyades per l'extrusió de material piroclàstic (bombes bolcàniques, lapil·li, cendres, pumita, etc).

Estructures   volcàniques

L' edifici volcànic més conegut és el con que es constitueix per una acumulació progressiva de material volcànic al voltant de la boca eruptiva. No obstant   això, no totes les erupcions condueixent a la formació del mateix tipus d'efifici, sinó que aquests poden ser molt variats en funció de les característiques pròpies del magma, del medi on es produeix l'erupció, de si aquesta està centrada en un punt (erupció central) o està localitzada al llarg d'una fractura (erupció fissural).

En les erupcions centrals el magma ascendeix a la superfície en un punt i a partir d'ell s'expandeix més o menys radialment. L'acumulació del material volcànic sobre el centre emissor origina la formació de l'edifici volcànic anomenat con volcànic . El conducte per on ascendeix el magma s'anomena xemeneia , i cràter la depressió en forma d'embut que es troba en la part superior d'aquesta ui que corona el con volcànic. Quan el magma també ascendeix a la superfície a través de les ramificacions de la xemeneia principal es formen cons menuts subordinats respecte al principal.

Els magmes mot fluids, característics de les colades efusives, formen per l'apilament de diverses colades de lava, edificis de pendent molt suau amb cràters de grans dimensions ocupats per llacs de lava. aquests edificis es coneixen amb el nom de volcans en escut i són típics del vulacanisme Hawaià.

Quan les erupcions són de tipus explosiu, l'acumulació de laves i piroclastos formen   cons amb pendents més forts . Els cons d'escòria es formen per l'acumulació ràpida de material piroclàstic. L'alternança de fases explosives i efusives   dónsa lloc a la formació dels estrato-volcans, edificis construïts per acumulacions successives de piroclastos i laves.

L'emissió de magmes viscosos i empobrits en gasos no comporta la formació de cons. En aquest cas les laves s'acumulen sobre la boca eruptiva i donen lloc a estructures de tipus domàtic.

4.4. - Metamorfisme

Les condicions físico-químiques a l'interior de la litosfera són diferents a les existents en superfície, fonamentalment pel que fa a la pressió i la temperatura. A més a més, el desplaçament continu de les plaques litosfèriques provoca que en les zones de contacte entre plaques es produesquen importants variacions importants de pressió i la temperatura.

El metamorfisme és el procés geològic mitjançant el qual les roques experimenten una sèrie de canvis mineralògics i estructurals, causats per les variacions de temperatura, pressió i la presència de fluids químicament actius,   fins al punt que en molts casos és difícil reconèixer els trets fonamentals de la roca original. El metamorfisme és un procés endogen , ja que té lloc a zones profundes de l'escorça i es produeix en estat sòlid , és a dir, que no hi ha fusió de minerals. Per la seua localització es tracta d'un fenomen que no es pot estudiar directament sinó a través dels seus resultats: les roques metamòrfiques.

Factors que controlen el metamorfisme

  Temperatura

El calor és un dels factors més importants del metamorfisme. Per sota de 100-200ºC, la velocitat de reacció és tan baixa que no es produeixen que no es produeixen canvis significatius en els minerals. Per damunt dels 700ºC s'enceta la fusió, encara que aquest límit és més difús ja que hi ha roques que mantenen el seu estat sòlid per damunt dels 1000ºC.

Pressió

Les altes pressions existents a l'interior de la litosfera poden provocar canvis importants les roques. L'augment de pressió tendeix a la reducció del volum de la roca. Per altra banda, l'increment de pressió afavoreix el comportament plàstic de les roques, originant la reorientació dels seus minerals.

Els materials de l'escorça estan sotmesos a dos tipus de pressions:

* Pressió litostàtica o de   confinament , originada pel pes de la columna de roques situada per damunt d'un determinat punt. Aquesta pressió augmenta en funció de la profunditat.

* Pressions dirigides. D'origen tectònic (forces de compressió), exercida en una direcció i sentit determinats. Origina canvis estructurals com la reorientació dels seus cristalls.

  Tipus de metamorfisme

En funció del factor predominant                      En funció de la seua extensió

De contacte (T)                                             Local

Dinàmic (P)

Dinamotèrmic (P + T)                                  Regional

•  Metamorfisme de pressió. Localitzat a la base de les conques sedimentàries que recullen gran quantitats de sediments i, en general, en zones situades a profunditats > 9 Km.

•  Metamorfisme tèrmic o de contacte El cas més conegut és el de la intrusió d'una massa magmàtica a zones més superficials. Hi ha un contracte entre el magma i la roca encaixant, la qual és afectada per les altes temperatures, però sense arribar a fondre's. Les roques metamòrfiques originades per aquest tipus de metamorfisme reben el nom genèric de corneanes   o aureoles de metamorfisme

•  Metamorfisme regional o dinamotèrmic . Té lloc a les zones de subducció. S'hi produeix un augment combinat de pressió i temperatura.. Les transformacions i el grau de metamorfisme de les roques és progressiu. Segons el grau de metamorfisme assolit apareixen sèries   metamòfiques . La més coneguda és la sèrie argilosa, on a partir de sediments argilosos sotmesos a pressions i temperatures de mica en mica més elevades, originen diferents roques:

•  ARGILES              PISSARRES           ESQUISTS          GNEISS

Les roques metamòrfiques

El procés metamòrfic afecta la textura de les roques preexistent fonamentalment de dues maneres;

* Augment del gra

Una de les característiques de les roques metamòrfiques és l' increment de la mida dels seus gran mineral . Aquesta característica atorga a les roques metamòrfiques un aspecte "cristal·lí ",com és el cas del marbre.

* Orientació dels cristalls.

Aquest procés ve originat per les pressions tangencials que fan que els cristall es reordenen en funció de la direcció de mínin esforç. (perpendicularment a les pressions dirigides) com passa als esquists o al gneiss.