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Tema 3:Basaltos y rocas relacionadas

• Generalidades -Ambientes tectónicos -Abundancia de rocas basálticas

• Nomenclatura y mineralogía -Mineralogía de rocas basálticas -Rocas basálticas en el diagrama TAS

Generalidades

• Ambientes tectónicos diversos • Roca volcánica más abundante • Productos de la fusión del manto • Magmas basálticos: fuente de magmas más

evolucionados en la corteza (cristalización fraccionada)

Ambientes tectónicos

1. Dorsales oceánicas 2. Rifts intracontinentales 3. Arcos de islas 4. Márgnes continentales

activos

5. Cuencas de antearco 6. Islas oceánicas 7. Zonas intracontinentales

Abundancia de rocas basálticas

Nomenclatura y mineralogía

• Definición

Basalto: roca ígnea básica de grano fino, constituida esencialmente por augita y plagioclasa cálcica.

• Augita: piroxeno rico en Ca (clinopiroxeno) • Plagioclasa cálcica: plagioclasa que contiene más

anortita (CaAl2Si2O8)que albita(NaAlSi3O8), en términos molares (An50An100 )

Mineralogía de los basaltos

Hawái: Basalto alcalino: olivino + nefelina Tholeita: ortopiroxeno, pigeonita

Alcalino Subalcalino

Macdonald and Katsura ( 1964, linea X - Y) y Miyashiro ( 1978, linea X - Z)

• Procesos eruptivos y estructuras volcánicas

-Flujos de lava subaéreos -Lavas almohadilladas y flujo laminar

subacuático -Erupciones piroclásticas: conos de escoria

• Cristalización de los magmas basálticos -Solubilidad de volátiles y vesicularidad -Vidrio basáltico -Texturas de rocas basálticas

Procesos eruptivos y estructuras volcánicas

• Los magmas basálticos poseen baja viscosidad.

• Menor cantidad de volátiles respecto a magmas más ácidos.

• Erupciones subaéreas tranquilas y de baja explosividad.

• Erupciones subacuáticas forman lavas almohadilladas y flujos laminares.

• Erupciones hidromagmáticas (surtseyanas) forman maares.

Flujos de lava subaéreos

• Erupciones voluminosas: flujos de lava • 2 categorías morfológicas Flujos pahoehoe Lavas con superficies onduladas o arrugadas Flujos a´a Lavas con estructura brechada

Flujos pahoehoe

Ondulaciones o arrugas: superficie dúctil durante el flujo de la lava. Pahoehoe “acordonada” Interior vesicular: 20% de vesículas

Estructuras lobulares

Estructura brechada: comportamiento frágil durante el flujo de la lava. Formas irregulares, superficie áspera. “ramping”

Flujos a´a

Entablatura

Basaltos columnares

Estructura columnar radial

Lavas almohadilladas y flujo laminar subacuático

Erupciones piroclásticas: conos de escoria

Cristalización de los magmas basálticos

Solubilidad de volátiles y vesicularidad

Vesicularidaad post-eruptiva

Vidrio basáltico Pele ’ s hair

Esferulitas

Texturas de rocas basálticas

Texturas de rocas basálticas

• Ambientes de formación de los basaltos

-Elementos traza: firma geoquímica -Basaltos de las dorsales oceánicas (MORB) -Basaltos de islas oceánicas (OIB) -Grandes provincias ígneas (LIP): basaltos de

meseta continental y basaltos de mesetas oceánicas

-Basaltos de rift continental -Basaltos relacionados a subducción • Origen de los magmas basálticos -Fusión parcial del manto

Elementos traza: firma geoquímica

• Los basaltos de diferentes ambientes tectónicos difieren en su química.

• Los elementos traza varían más que los elementos mayores de un ambiente a otro.

• Los elementos traza se dividen de acuerdo a su afinidad con los cristales o con el fundido magmático.

• Elementos incompatibles: tienen preferencia por el líquido en un magma.

• Elementos compatibles: se incorporan preferencialmente en los minerales que cristalizan de un magma.

Un elemento incompatible reside principalmente en la fase líquida, siendo excluido de los minerales

Un elemento compatible es más fácilmente acomodado en uno o más minerales que en la fase líquida

•Los elementos incompatibles son los principales trazadores para distinguir los diferentes tipos de basaltos. •Elementos litófilos de radio iónico grande (LILE) (K, Rb, Cs, Ba, Pb2+, Sr, Eu2+). •Elementos de potencial iónico alto (HFSE) (REE, Th, U, Ce, Pb4+, Zr, Hf, Ti, Nb, Ta).

Radio íonico y carga muy altos para residir fácilmente en una estructura cristalina

Localización de los elementos incompatibles en la tabla periódica

Spidergram: diagramas de araña

Eje x: lista de elementos incompatibles , ordenados de izquierda a derecha en orden de incompatibilidad decreciente. Eje y: concentración de cada elemento en escala logarítmica, para una muestra de interés y para el manto primitivo (manto no diferenciado, no empobrecido)

Normalización utilizando como referencia el manto primitivo o un meteorito condrítico

Basaltos de las dorsales oceánicas (MORB)

• Formación de nueva corteza oceánica • Longitud total de las dorsales: 60, 000 km (Fowler, 2005).

• Erupción de lava basáltica: 3 km3 al año (Crisp, 1984).

Dorsales y tasas de expansión oceánica

•Expansión oceánica lenta: < 3 cm/año

•Expansión oceánica rápida: > 4 cm/año

•Sin embargo, se han registrado variaciones temporales

Morfología de las dorsales oceánicas

•Valle central limitado por fallas •Magmatismo episódico •Cámaras magmáticas discontinuas en espacio-tiempo •Volcanes con distribución axial

•Relieve suave •Flujos de lava laminares extensos •Cámaras magmáticas continuas

Expansión rápida

Expansión lenta

Corteza oceánica y estructura del manto

superior

Ofiolita típica

Petrología de los basaltos MORB

• Basaltos tholeíticos de olivino

• Afaníticos y Porfidícos con fenocristales de olivino ± cromita ± plagioclasa ± augita

• El enfriamiento rápido en el agua marina genera comúnmente una matriz vítrea

Geoquímica de los basaltos MORB Diagramas harker: de variación de elementos mayores

Table 13-2. Average Analyses and CIPW Norms of MORBs (BVTP Table 1.2.5.2)

Oxide (wt%) All MAR EPR IORSiO2 50.5 50.7 50.2 50.9TiO2 1.56 1.49 1.77 1.19Al2O3 15.3 15.6 14.9 15.2FeO* 10.5 9.85 11.3 10.3MgO 7.47 7.69 7.10 7.69CaO 11.5 11.4 11.4 11.8Na2O 2.62 2.66 2.66 2.32K2O 0.16 0.17 0.16 0.14P2O5 0.13 0.12 0.14 0.10Total 99.74 99.68 99.63 99.64

Normq 0.94 0.76 0.93 1.60or 0.95 1.0 0.95 0.83ab 22.17 22.51 22.51 19.64an 29.44 30.13 28.14 30.53di 21.62 20.84 22.5 22.38hy 17.19 17.32 16.53 18.62ol 0.0 0.0 0.0 0.0mt 4.44 4.34 4.74 3.90il 2.96 2.83 3.36 2.26ap 0.30 0.28 0.32 0.23All: Ave of glasses from Atlantic, Pacific and Indian Ocean ridges.MAR: Ave. of MAR glasses. EPR: Ave. of EPR glasses.IOR: Ave. of Indian Ocean ridge glasses.

Geoquímica de los basaltos MORB: elementos traza

Petrogénesis de los basaltos MORB

Basaltos de islas oceánicas (OIB)

• Proceso enigmático y menos voluminoso que en los límites de placa • Cadenas alineadas de volcanismo intraplaca • Asociados comúnmente con Hot spots: puntos calientes (anomalías térmicas)

Volcanismo OIB

•Fase inicial de volcanismo voluminoso •Volcanes tipo escudo •Volcanismo subaéreo •Erosión •Magmatismo alcalino poco voluminoso

Basaltos tholeíticos con fenocristales de olivino

Geoquímica de los basaltos OIB

•Mayores niveles de los elementos más incompatibles, respecto a los basaltos MORB •Menores niveles en los elementos menos incompatibles •Fuente magmática diferente

Modelo de magmatismo oceánico

Las grandes provincias ígneas

• Corteza oceánica de espesor constante • Plataformas basálticas gigantes (producción magmática colosal) • Volcanismo intraplaca acelerado (lejos de dorsales)

basaltos de meseta continental

basaltos de mesetas oceánicas

Características petrológicas Basaltos porfídicos con fenocristales de olivino y plagioclasa •Basaltos de meseta continental: Basaltos sub-alcalinos •Basaltos de meseta oceánica: Basaltos tholeíticos con bajos contenidos de K

Geoquímica: Comportamiento de elementos incompatibles altamente variable, debido posiblemente a interacción con corteza continental

Basaltos de rift continental 1. Extensión causada por hotspots continentales 2. Extensión asociada a colisión continental

(perpendicular a la convergencia) 3. Extensión post-subducción • Flujo de calor elevado en una litósfera adelgazada

Basaltos alcalinos y transicionales Subsaturados en sílice

Basaltos relacionados a subducción

• Basaltos de arco de islas: Tholeitas de bajo K; basaltos calcialcalinos con contenido intermedio de K (mayoritarios).

• Basaltos de cuenca de antearco: similares a N-MORB • Basaltos en subducción continental: escasos y con características variables.

Geoquímica de basaltos de subducción

all incompatible elements are present at higher concentrations than in IAT; • highly incompatible elements (left - hand side), though variable, are more enriched than moderately incompatible elements; • as in IAT, there is marked depletion in some high fi eld - strength elements, notably niobium (Nb).

-Comparación entre basaltos de arcos oceánicos -Basaltos de cuencas de antearco

Origen de los magmas basálticos