Magmatismo y Rocas Magmáticas

El magmatismo es el proceso geológico mediante el cual los magmas se generan, se desplazan, se enfrían y originan, de este modo, las rocas magmáticas. Es el principal proceso petrogénico, ya que más del 80% de las rocas de la corteza terrestre son de origen magmático. Además, hay que recordar la importancia del proceso magmático en la dinámica cortical (formación de corteza oceánica, expansión del fondo oceánico, etc.).

La evidencia más clara de la existencia de magmas la tenemos en el vulcanismo, proceso por el cual un magma llega a la superficie terrestre en forma de lava, se enfría y origina las rocas volcánicas. Sin embargo, dos tercios de los magmas no llegan a la superficie y se enfrían en zonas profundas donde originan las rocas plutónicas, en un conjunto de procesos que reciben el nombre de plutonismo. Se calcula que aproximadamente se produce diariamente más de 130 millones de toneladas, un 10% de las cuales sale al exterior como lava.

Fig. 36: Distribución de los procesos magmáticos y su relación con la tectónica de placas. Las cifras indican la diferente cantidad de magma originado (en km³) en un año.

¿Qué es un magma?

Los magmas son masas de materia rocosa fundida originadas en el interior de la Tierra. La temperatura a la que están sometidos es alta (700 a 1200 °C) y presentan proporciones variables de agua y otros componentes gaseosos que permanecen incorporados al sistema en fusión debido a la presión reinante.

¿Cómo se origina un magma?

Una roca es un conjunto de minerales, cada uno con un punto de fusión característico. Esto quiere decir que una roca no tendrá un punto de fusión, sino un intervalo de temperaturas donde una parte de la roca estará en fusión y otra parte, sólida (podemos comparar este fenómeno con un vaso de agua con hielo triturado). La temperatura donde se inicia la fusión de una roca se llama punto de solidus, mientras que la que supone el fin de la fusión se llama punto de liquidus. Entre ambos puntos, la roca estará parcialmente fundida.

1. Factores que Regulan la Aparición de los Magmas

La elevación de la temperatura, resultado de una concentración de elementos radiactivos (liberan energía) existentes en el interior de la Tierra, o bien de un proceso mecánico (fricción entre dos placas litosféricas), tiende a fundir las rocas y, por tanto, a aumentar el volumen: cada mineral tiene una temperatura de fusión característica.

La presión tiende a comprimir la masa en fusión, es decir, contrarresta la acción de la temperatura, ya que la fusión viene acompañada de una dilatación. Esto hace que al aumentar la profundidad, la temperatura necesaria para fundir una roca sea más alta.

El tercer factor para fundir una roca consiste en añadirle agua. Aunque con proporción variable, una roca empieza a fundirse antes en presencia de agua.

2. ¿Dónde se Generan los Magmas?

Los magmas se forman en zonas profundas de la superficie terrestre donde las condiciones de presión y temperatura permiten la fusión parcial de las rocas. Normalmente, esto ocurre en el manto superior y corteza inferior, a profundidades que oscilan entre 30 y 200 km. Actualmente, los procesos petrogenéticos se explican y se entienden en el marco de la teoría de la tectónica de placas. Según esta teoría, los lugares donde se produce la actividad magmática se concentran mayoritariamente a lo largo de los bordes de las placas litosféricas. Estas placas se desplazan por encima de una capa más o menos continua llamada astenosfera, que se sitúa dentro del manto superior y que se caracteriza por tener un comportamiento plástico. La astenosfera tiene velocidades sísmicas anormalmente bajas y se piensa que podría contener de manera permanente una muy pequeña fracción de fundido. Lo que sí parece cierto es que la astenosfera se encuentra en unas condiciones cercanas al solidus, de manera que en determinadas circunstancias puede producirse una fusión sustancial.

En las dorsales oceánicas se produce la separación de la litosfera a la vez que el manto caliente que proviene de la astenosfera puede ascender de manera continuada hacia el eje de la dorsal. Esto provoca la descompresión de este material del manto y la consiguiente fusión de grandes volúmenes de sólido. El intenso magmatismo de las dorsales puede explicarse como un efecto de descompresión del material del manto que asciende por convección (en estado sólido) hasta estas zonas. Al perder presión, sobrepasará su línea de solidus y empezará a fundirse, lo que será favorecido por la intensa fracturación de las zonas de dorsal.

En las zonas de subducción, la litosfera fría se hunde en el manto, produciendo una serie de perturbaciones que también conducen a un proceso de fusión: podríamos pensar que la entrada de litosfera fría no favorece la fusión, pero la placa subducida contiene sedimentos que se deshidratan en el proceso de subducción (debido a un aumento de presión y temperatura); entonces, se produce una considerable entrada de agua en el sistema mineral del manto, lo que hace que se rebaje el punto de fusión de los minerales y que se pueda llegar a la fusión aunque la temperatura ambiente se haya reducido significativamente.

En los procesos magmáticos intraplaca tenemos un incremento anormal de la temperatura del manto, aunque no hay un margen de placa que lo facilite. Esto parece ser debido a la propia dinámica convectiva del manto astenosférico, que hace que en algunos puntos haya corrientes calientes de material ascendente (puntos calientes o hot spots). Las islas Hawái son un ejemplo de un punto caliente situado bajo la litosfera oceánica. En zonas continentales, el proceso de fusión originado en una zona de punto caliente subyacente inicia un adelgazamiento de la corteza que culmina con su rotura parcial o total (Rift Valley), generándose en este último caso nueva corteza oceánica.

3. Rocas Magmáticas. Tipos

Cuando el magma alcanza condiciones de temperatura y presión favorables, empieza a solidificarse, originando rocas ígneas. Al descender la temperatura del lugar donde está presente un magma o al ascender este a zonas más superficiales de la corteza terrestre, la masa fundida se enfría. El enfriamiento progresivo del magma provoca la cristalización de los diferentes minerales que lo constituyen.

Tipos de Rocas Magmáticas

Si consideramos el lugar donde se produce la solidificación, podremos distinguir dos tipos:

1. Rocas intrusivas o plutónicas. La solidificación tiene lugar en profundidad, después de un enfriamiento lento, en el interior de la cámara magmática o en otras zonas sin comunicación con el exterior. Como el proceso de enfriamiento ha sido suficientemente lento, se diferenciarán todos los minerales y formarán cristales, acomodándose unos a otros, según el espacio que disponen. A veces se distinguen dos etapas en la cristalización de los minerales: una lenta y otra rápida. En este caso se obtienen las rocas ígneas hipoabisales o filonianas, formadas por la solidificación del magma en fisuras, fracturas o fallas.
2. Rocas extrusivas o volcánicas. Aquí el magma llega a la superficie y solidifica después de un repentino descenso de temperatura. Esto provoca que la mezcla magmática no tenga tiempo de separarse claramente por composiciones o afinidades geoquímicas y, por lo tanto, no pueda cristalizar.

¿Qué entendemos por textura de una roca?

El tamaño de los cristales presentes en una roca depende en gran medida de la velocidad de enfriamiento del magma. Como regla general, el enfriamiento lento da lugar a cristales grandes, mientras que si es rápido, los cristales serán pequeños. Un enfriamiento repentino originará la aparición de un vidrio natural, no cristalizado. La velocidad de enfriamiento también está en relación con la localización del magma en el momento de su solidificación. Los magmas inmovilizados en profundidad se enfrían muy lentamente, ya que las rocas que los rodean transmiten el calor muy lentamente. El enfriamiento rápido es propio de las lavas que forman capas finas y liberan rápidamente el calor a la atmósfera o la hidrosfera que las cubren.

• Según el grado de cristalinidad, las rocas magmáticas pueden ser:
  • Holocristalinas, formadas casi exclusivamente por cristales.
  • Hipocristalinas, formadas por cristales y vidrio (materia amorfa).
  • Hialinas o vítreas, formadas casi exclusivamente por vidrio.
• Según el tamaño de los granos, las rocas magmáticas se denominan:
  • Faneríticas, si sus cristales son visibles a simple vista o con lupa de mano.
  • Afaníticas, formadas por cristales únicamente visibles al microscopio.

Los principales tipos de texturas de las rocas magmáticas son:

• Granular, que se puede definir como holocristalina y fanerítica, con los granos minerales de tamaño más o menos uniforme (del orden milimétrico). Es característica de numerosas rocas plutónicas (granitos) e indica que el magma se ha enfriado de manera lenta en el interior de la corteza terrestre. Hay casos en que los granos son especialmente grandes (> 2,5 cm) y forman una textura pegmatítica. Si el enfriamiento ha sido más rápido, los cristales son más pequeños y forman una textura microgranuda, únicamente distinguible con el microscopio.
• Porfídica, textura heterogranular caracterizada por la presencia de cristales grandes y bien formados (fenocristales), inmersos en una matriz de grano fino o vítrea. Este tipo de textura indica que el magma se ha enfriado en dos etapas: una lenta, que da lugar a los fenocristales, y otra rápida, que origina la matriz. Esta textura la presentan algunas rocas volcánicas y filonianas.
• Vítrea, sin minerales cristalizados. Es propia de rocas que se originan por enfriamiento repentino de magmas, como la obsidiana.
• Vesicular. Algunas rocas volcánicas tienen texturas características resultantes de la rápida expansión de gases volátiles al producirse la erupción. Las rocas se presentan llenas de cavidades formadas por burbujas de gas. Su representante más conocido es la pumita o piedra pómez.

Manifestaciones Volcánicas

Un volcán es una abertura en la corteza terrestre a través de la cual el magma puede llegar a la superficie. Desde un volcán son expelidos al exterior materiales sólidos, líquidos y gaseosos, en proporciones diferentes según el tipo de erupción.

El carácter de una erupción volcánica está condicionado principalmente por la composición del magma y su viscosidad. La viscosidad de un magma determina la capacidad de este para liberar los gases que contiene. Los magmas muy viscosos retienen más fácilmente las burbujas, de modo que la salida al exterior se realizará de forma violenta. En los magmas más fluidos, la viscosidad es más baja y la desgasificación tiene lugar de forma más tranquila. Este diferente comportamiento del magma hace que las erupciones se puedan clasificar en explosivas, efusivas y mixtas. En las erupciones explosivas, la expansión violenta de los gases arrastra fragmentos de material magmático junto con fragmentos sólidos (piroclastos) que provienen de la pared de la chimenea y del cráter, sin o con poca emisión de lava. Las erupciones efusivas son manifestaciones mucho más tranquilas, con emisión de lava muy fluida, la cual se enfría y forma estructuras llamadas coladas. Las erupciones mixtas corresponden a un tipo intermedio entre las dos anteriores y en ellas las emisiones de lava son acompañadas por la extrusión de material piroclástico (bombas volcánicas, picón, cenizas, pumita, etc.).

Estructuras Volcánicas

El edificio volcánico más conocido es el cono, que se constituye por una acumulación progresiva de material volcánico alrededor de la boca eruptiva. Sin embargo, no todas las erupciones conducen a la formación del mismo tipo de edificio, sino que estos pueden ser muy variados en función de las características propias del magma, del medio donde se produce la erupción, de si esta está centrada en un punto (erupción central) o está localizada a lo largo de una fractura (erupción fisural).

En las erupciones centrales, el magma asciende a la superficie en un punto y a partir de él se expande más o menos radialmente. La acumulación del material volcánico sobre el centro emisor origina la formación del edificio volcánico llamado cono volcánico. El conducto por donde asciende el magma se llama chimenea, y cráter, la depresión en forma de embudo que se encuentra en la parte superior de esta y que corona el cono volcánico. Cuando el magma también asciende a la superficie a través de las ramificaciones de la chimenea principal, se forman conos pequeños subordinados respecto al principal.

Los magmas poco fluidos, característicos de las coladas efusivas, forman, por el apilamiento de varias coladas de lava, edificios de pendiente muy suave con cráteres de grandes dimensiones ocupados por lagos de lava. Estos edificios se conocen con el nombre de volcanes en escudo y son típicos del vulcanismo hawaiano.

Cuando las erupciones son de tipo explosivo, la acumulación de lavas y piroclastos forma conos con pendientes más fuertes. Los conos de escoria se forman por la acumulación rápida de material piroclástico. La alternancia de fases explosivas y efusivas da lugar a la formación de los estratovolcanes, edificios construidos por acumulaciones sucesivas de piroclastos y lavas.

La emisión de magmas viscosos y empobrecidos en gases no conlleva la formación de conos. En este caso, las lavas se acumulan sobre la boca eruptiva y dan lugar a estructuras de tipo domático.

Metamorfismo

Las condiciones físico-químicas en el interior de la litosfera son diferentes a las existentes en superficie, fundamentalmente en cuanto a la presión y la temperatura. Además, el desplazamiento continuo de las placas litosféricas provoca que en las zonas de contacto entre placas se produzcan importantes variaciones de presión y temperatura.

El metamorfismo es el proceso geológico mediante el cual las rocas experimentan una serie de cambios mineralógicos y estructurales, causados por las variaciones de temperatura, presión y la presencia de fluidos químicamente activos, hasta el punto que en muchos casos es difícil reconocer los rasgos fundamentales de la roca original. El metamorfismo es un proceso endógeno, ya que tiene lugar en zonas profundas de la corteza y se produce en estado sólido, es decir, sin fusión de minerales. Por su localización, se trata de un fenómeno que no se puede estudiar directamente, sino a través de sus resultados: las rocas metamórficas.

Factores que Controlan el Metamorfismo

Temperatura

El calor es uno de los factores más importantes del metamorfismo. Por debajo de 100-200 °C, la velocidad de reacción es tan baja que no se producen cambios significativos en los minerales. Por encima de los 700 °C se inicia la fusión, aunque este límite es más difuso, ya que hay rocas que mantienen su estado sólido por encima de los 1000 °C.

Presión

Las altas presiones existentes en el interior de la litosfera pueden provocar cambios importantes en las rocas. El aumento de presión tiende a la reducción del volumen de la roca. Por otra parte, el incremento de presión favorece el comportamiento plástico de las rocas, originando la reorientación de sus minerales.

Los materiales de la corteza están sometidos a dos tipos de presiones:

• Presión litostática o de confinamiento, originada por el peso de la columna de rocas situada por encima de un determinado punto. Esta presión aumenta en función de la profundidad.
• Presiones dirigidas, de origen tectónico (fuerzas de compresión), ejercida en una dirección y sentido determinados. Origina cambios estructurales como la reorientación de sus cristales.

Tipos de Metamorfismo

En función del factor predominante y de su extensión:

• Metamorfismo de presión. Localizado en la base de las cuencas sedimentarias que recogen grandes cantidades de sedimentos y, en general, en zonas situadas a profundidades > 9 km.
• Metamorfismo térmico o de contacto. El caso más conocido es el de la intrusión de una masa magmática en zonas más superficiales. Hay un contacto entre el magma y la roca encajante, la cual es afectada por las altas temperaturas, pero sin llegar a fundirse. Las rocas metamórficas originadas por este tipo de metamorfismo reciben el nombre genérico de corneanas o aureolas de metamorfismo.
• Metamorfismo regional o dinamotérmico. Tiene lugar en las zonas de subducción. Se produce un aumento combinado de presión y temperatura. Las transformaciones y el grado de metamorfismo de las rocas es progresivo. Según el grado de metamorfismo alcanzado, aparecen series metamórficas. La más conocida es la serie arcillosa, donde, a partir de sedimentos arcillosos sometidos a presiones y temperaturas cada vez más elevadas, se originan diferentes rocas: ARCILLA → PIZARRA → ESQUISTOS → GNEISS

Las Rocas Metamórficas

El proceso metamórfico afecta la textura de las rocas preexistentes fundamentalmente de dos maneras:

• Aumento del grano. Una de las características de las rocas metamórficas es el incremento del tamaño de sus granos minerales. Esta característica otorga a las rocas metamórficas un aspecto «cristalino», como es el caso del mármol.
• Orientación de los cristales. Este proceso viene originado por las presiones tangenciales que hacen que los cristales se reordenen en función de la dirección de mínimo esfuerzo (perpendicularmente a las presiones dirigidas), como sucede en los esquistos o el gneis.