Introducción a la Geoquímica Magmática

Fundamentos de la Geoquímica Magmática

Fundamentos de la Geoquímica Magmática Descubre los pilares de la geoquímica magmática, una disciplina esencial en las Ciencias de la Tierra. Desde la evolución de los paradigmas geológicos, como la transición de los geosinclinales a la tectónica de placas, hasta la comprensión dinámica y genética de los procesos geológicos, este documento te guía a través de las preguntas fundamentales sobre la formación de nuestro planeta.

Estructura interna de la Tierra

Sumérgete en la estructura interna de la Tierra, explorando el núcleo metálico (externo líquido e interno sólido), el manto compuesto de peridotitas, y las dos caras de la corteza terrestre: la delgada y uniforme corteza oceánica, y la variable y más gruesa corteza continental. Comprende cómo la convección mantélica impulsa la geodinámica interna, manifestándose en la tectónica y el magmatismo, así como en los penachos mantélicos (hot spots).

Génesis de las rocas ígneas

Explora la génesis de las rocas ígneas en diversos ambientes tectónicos como dorsales oceánicas, rifts intracontinentales, arcos insulares, y basaltos de islas oceánicas (OIBs). Adéntrate en el mundo de los átomos, núcleos, protones, neutrones y electrones, la tabla periódica, la clasificación de Goldschmidt, y la estructura de los silicatos. Desvela los secretos de los isótopos, tanto estables como radiactivos, y su aplicación en la geocronología isotópica para datar rocas.

Fusión parcial

Finalmente, recorre el fascinante origen de los elementos químicos en las estrellas y supernovas, y la composición de los meteoritos como claves para entender la formación del sistema solar y la Tierra primitiva. Descubre los procesos de fusión parcial en el manto y la diferenciación entre elementos compatibles e incompatibles.

Contenido Detallado:

Paradigmas en Ciencias de la Tierra

Evolución de los Paradigmas en Ciencias de la Tierra:
- Transición de la teoría de los geosinclinales a la tectónica de placas (alrededor de 1968-1970).
- Evolución del enfoque geológico: de estática a dinámica, y finalmente a la genética.
- Cambio de descripciones a la comprensión de procesos a pequeña y gran escala.
Estructura Interna de la Tierra:
- Núcleo: Aleación de Fe y Ni metálicos, con un núcleo externo líquido (no permite el paso de ondas S) y un núcleo interno sólido.
- Manto: Compuesto principalmente de peridotitas (rocas ultramáficas).
  - Manto superior: Hasta los 410 km de profundidad, con bajas velocidades sísmicas entre 60-220 km. La zona de transición (410-660 km) se caracteriza por un rápido aumento de la velocidad debido a cambios de fase mineral (olivino a espinelo, espinelo a perovskita).
  - Manto inferior: La velocidad sísmica aumenta más gradualmente.
- Corteza:
  - Corteza oceánica: Delgada (≥ 6 km, promedio 10 km), estructura relativamente uniforme, composición poco variable.
  - Corteza continental: Más espesa (20-90 km, promedio ~35 km), composición muy variable.

Dinámica Terrestre y Magmatismo

Dinámica Terrestre y Magmatismo:
- La convección mantélica es el motor de la geodinámica interna, impulsando la tectónica y el magmatismo.
- La tectónica de placas moderna refleja la convección mantélica.
- Existencia de penachos mantélicos (hot spots) como otro fenómeno mantélico importante.
Génesis de las Rocas Ígneas y Tectónica de Placas:
- Diversos ambientes tectónicos donde se generan rocas ígneas:
  - Dorsales medio-oceánicas.
  - Rifts intracontinentales.
  - Arcos insulares.
  - Márgenes continentales activos.
  - Cuencas marginales.
  - Basaltos de islas oceánicas (OIBs).
  - Otros contextos intracontinentales (flood basalts, kimberlitas, carbonatitas, anortositas).

Fundamentos Geoquímicos

Fundamentos Geoquímicos:
- Átomo: Núcleo (protones + neutrones) rodeado de electrones.
- Elementos químicos: Definidos por el número de protones (número atómico, Z). El número de neutrones (N) varía, dando lugar a isótopos (masa atómica A = Z + N).
- Clasificación geoquímica: Elementos mayores (Si, Al, Mg, Fe, Ca, Na, K), elementos menores (Ti, Mn, P), y elementos traza (todos los demás).
- Estructuras de los silicatos: Aniones y cationes.
- Isótopos:
  - Isótopos estables: No sufren desintegración radiactiva, pero pueden experimentar fraccionación por masa (especialmente elementos ligeros como H, C, N, O, S).
  - Isótopos radiactivos (inestables): Se desintegran en otros nucleidos (padre a hijo) a una tasa constante (no afectada por P, T, etc.). Tipos de radiactividad: emisión alfa, emisión beta-, captura de electrón o emisión beta+.
Geocronología Isotópica:
- Aplicación del decaimiento radiactivo para determinar la edad de las rocas.
- Ecuación de decaimiento: D = Ne^(λt) – N = N(e^(λt) – 1).
- Ejemplos de sistemas geocronológicos:
  - Sistema K-Ar: Decaimiento de ⁴⁰K a ⁴⁰Ca (mayormente) y ⁴⁰Ar (utilizado en geocronología). Ecuación: ⁴⁰Ar = ⁴⁰Ar₀ + ⁴⁰K (e^(λt) – 1).
  - Sistema Rb-Sr: Decaimiento de ⁸⁷Rb a ⁸⁷Sr. Técnica de los isócronos que permite obtener la edad y la razón isotópica inicial (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)₀.

Origen de los Elementos Químicos

Origen de los Elementos Químicos y Formación del Sistema Solar:
- Los elementos se crean por fusión nuclear en el interior de las estrellas, hasta el ⁵⁶Fe.
- Las explosiones de supernovas dispersan los elementos y forman nebulosas donde nacen nuevas estrellas y sistemas planetarios.
- Los meteoritos son testimonios de la formación del sistema solar y tienen una composición similar a la de la nebulosa solar.
- Datación de meteoritos condríticos (CAIs, cóndrulos, matriz) y acondríticos proporcionan edades de formación muy tempranas (alrededor de 4.56 Ga).
- La Tierra se formó a partir de material similar a las condritas, seguida de una separación temprana entre el núcleo (siderófilos y calcófilos) y el manto (litófilos). La equilibración final núcleo-manto ocurrió hace ~4.533 Ga.
- El manto primitivo (BSE – Bulk Silicate Earth) está enriquecido en elementos litófilos en comparación con las condritas.
- Eventos importantes en la formación temprana de la Tierra: impacto gigante que formó la Luna (~4.5 Ga?), y época de intenso bombardeo meteorítico (4.5-3.9 Ga).

Fusión Parcial en el Manto

Procesos de Fusión Parcial en el Manto:
- La fusión parcial es un proceso clave en la generación de magmas.
- Puede ser causada por aumento de temperatura, disminución de presión (fusión por descompresión en dorsales), o adición de fluidos (magmatismo de subducción).
- La fusión es siempre parcial (<1% a 40%) y produce un magma enriquecido en elementos incompatibles y un residuo sólido enriquecido en elementos compatibles.
- Tipos de líquidos que pueden producirse en el manto: silicatados (dominantes), sulfurados, y carbonatados.
- Coeficiente de distribución (D) define si un elemento es compatible (D ≥ 1) o incompatible (D << 1) durante la fusión parcial. Los elementos incompatibles incluyen LILE (Large Ion Lithophile Elements), HFSE (High Field Strength Elements), y REE (Rare Earth Elements).

Autor y Fecha de Publicación:

Autor: Thierry Sempere
Fecha de Publicación: noviembre de 2003

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