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• Objetivos:
• Conocer los procesos y las herramientas fundamentales que permiten determinar el origen y la evolución de las rocas ígneas
• Aprender a utilizar las herramientas y los fundamentos de la geoquímica para elaborar interpretaciones geológicas con ellos
Petrogénesis ÍgneaTeresa Orozco y Arturo Gómez-Tuena
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Definiciones y Principios
• Petrología• Petrografía• Petrología Ígnea• Magma• Rocas Ígneas• Petrogénesis Ígnea• Geoquímica
¿Cómo reconozco una roca ígnea?
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¿Por qué utilizar la geoquímica?
• Cuantitativa
• Reproducible
¿Da mayor validez a los argumentos?
Objetividad
Geoquímica (Ciencia): Observaciones+Teorías
Brecha ConglomeradoDiscordancia de Hutton
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Problemas abordados a través de la Geoquímica
Cuantificación de la escala de tiempo geológico
Formación de la Tierra – Química meteoritos
Temperatura y profundidad de cámaras magmáticas
Existencia de plumas del manto
Sedimentos se subducen y se reciclan en las rocas de arco
Presión y temperatura de rocas metamórficas
Tasas de levantamiento y erosión de cadenas montañosas
Origen de la atmósfera, corteza, manto y núcleo
Origen de la vida en la tierra y ¿en otros planetas?
Origen y distribución de los recursos naturales (minerales, petróleo)
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Geoquímica y Desarrollo TecnológicoTecnología Geoquímica
Simbiosis
• Microsonda y microscopio electrónico
• Difracción de r-X, resonancia magnética y espectrometría raman (orden y enlaces atómicos)
• Fluorescencia de R-X e ICP-MS (Concentración elementos)
• Espectrómetros de masas con colectores múltiples (rel. Iso.)
• Computadoras
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Herramientas Conceptuales(Primera Parte del Curso)
– Termodinámica– Cinética
– Geoquímica de elementos traza– Geoquímica Isotópica
100M
Pa=
1Kb=
~3K
m
90 km
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• Composición de la Tierra I: El manto y el núcleo
• Composición de la Tierra II: La corteza
• Petrogénesis y Tectónica de Placas (seminarios)
La Composición de la Tierra(Segunda parte del Curso)
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La Composición de la Tierra
• ¿Para qué nos sirve saberla?
• ¿Cómo podemos conocerla?
• ¿Qué procesos fisicoquímicos la controlan?
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La Anatomía de la Tierra
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El Núcleo:~3 400 km de radio32.5% de la masa de la tierraAleación de Fe-NiExterno: líquidoInterno: sólido
Meteorito metálico
~3,400 km
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El Manto:~3 000 km de radio66% de la masa de la tierra83% volumen total de la tierraMinerales ricos en Fe-MgRocas ultramáficas
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La composición promedio del manto es:SiO2 TiO2 Al2O3 FeO MgO CaO Na2O46% 0.2% 4% 7.5% 38% 3.2% 0.3%El resto de los elementos < 0.5%. Contenido de H2O ~100 ppm
Composición del mantoRocas ultramáficas
olivino (Mg,Fe)2SiO4 [Mg/(Mg+Fe)~0.9]ortopiroxeno (Mg,Fe)2SiO6 clinopiroxeno Ca(Mg,Fe)Si2O6Además de un mineral aluminoso que depende de la presión:0-1 GPa, Plagioclasa CaAl2Si2O8-NaAlSi3O8 [Ca/(Ca+Na) ~0.9]1-3 GPa, espinela MgAl2O4>3 GPa, granate (Fe,Mg,Ca)3Al2Si3O12
¿Qué minerales hay en el manto?
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La Corteza:Espesor varía 6-80 Km (40 km prom)0.5% de la masa total de la tierra
Corteza Oceánica:6-10 kmEdad < 200 Ma~50%:~50% ferromagnesianos:feldespatosComposición intermedia (rocas máficas)
Corteza Continental:10-80 km (35-40 km prom)Edad variable (3.6 Ga-4.4Ga?)Empobrecida en Fe-Mg, enriquecida en Al, Si, Ca y NaRocas félsicas
Granito Granodiorita Gabro
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La composición promedio de la corteza oceánica (máfica):SiO2 TiO2 Al2O3 FeO MgO CaO Na2O K2O50.5% 1.6% 15% 10.5% 7.6% 11.3% 2.7% 0.1%El resto de los elementos < 0.5%. Contenido de H2O ~1000 ppm Enriquecida en TiO2, Al2O3, CaO, Na2O, and K2O c/r manto; pero
muy empobrecida en MgO.
Composición de la corteza oceánicaRocas máficas
Clinopiroxeno Ca(Mg,Fe)Si2O6Feldspatos (plagioclasa) CaAl2Si2O8-NaAlSi3O8 [Ca/(Ca+Na) ~0.4-0.7]Además de Olivino, Opx, trazas de cuarzo. H2O concentrada en elAnfíbol (hornblenda) Ca2(Mg,Fe)4Al2Si7O22(OH)2
¿Qué minerales hay en la corteza oceánica?
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Composición de la corteza continentalRocas félsicas
La composición promedio de la corteza continental:SiO2 TiO2 Al2O3 FeO MgO CaO Na2O K2O57% 0.9% 16% 9% 5% 7.4% 3.1% 1.0%El resto de los elementos <0.5%. Contenido de H2O es muy variable,
pero puede alcanzar más de 8%Enriquecida en SiO2, K2O con respecto al manto y corteza oceánica.
Plagioclasa CaAl2Si2O8-NaAlSi3O8 [Ca/(Ca+Na) ~0.1-0.6]Feldspato-K NaAlSi3O8-KAlSi3O8Cuarzo SiO2Mica: Biotita KMg3(AlSi3)O10(OH)2Mica: Muscovite KAl2(AlSi3)O10(OH)2
Las rocas volcánicas andesita a riolita.Las rocas plutónicas diorita a granito.
¿Qué minerales hay en la corteza continental?
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Estructura Física de la TierraCapas concéntricas:
Diferentes composiciones
11Núcleo
4.5Manto
2.8Corteza
1.03Hidrósfera
Densidad (g/cm3)Capa
Presión=gh
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Estructura Física y Composición de la Tierra(1) Métodos geofísicos
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Velocidad Densidad
(1) 10-12 km en oceános (30-50 km en continentes) está el MOHO
(2) 90-200 km baja velocidad. Litósfera-Astenósfera
(3) 400 km. Piroxeno-Granate y Olivino-Fase B (espinela)
(4) 700 km. Fase B-Perovskita
(5) >700 km. No hay cambios apreciables en estructura
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• Estudios de los xenolitos y secuencias ofiolíticas• Estudios de las rocas magmáticas derivadas de la
fusión parcial del manto • Evidencias cosmoquímicas (meteoritos)
Estructura Física y Composición de la TierraEvidencias Petrológicas-Geoquímicas
Condrita Carbonácea Komatiita Peridotita
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Fuentes de Energía en la Tierra: Energía Solar: Mueve hidrósfera y atmósfera (intemperismo y erosión) Energía Interna: Actividad tectónica
Procesos geológicos energía
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Fuentes de Energía en la Tierra
Energía GravitacionalAcreción y Diferenciación
Decaimiento Radiactivo
238U, 235U, 232Th, 40K, 87Rb
U Th K Rb
Cor. Ocean. 0.065 0.164 850 0.73
Cor. Contin 1.4 5.6 10E3 57
Manto Primit. .021 .085 301 0.6
Muy variable50-90% del calor interno
Concentraciones (ppm)
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Transferencia de Calor en la Tierra
Radiación: Transmisión de energía electromagnética haciael medio ambiente. El sol, un foco, etc.
Conducción: Transferencia de vibraciones a nivel atómicoy molecular cuando existe contacto entre dos cuerpos con distintatemperatura.
T2=1000
T1=300
l
Grad. Térmico (T= T2-T1/l)
Flujo calorífico=T x kT
kT=conductividad térmica
kTCu=0.9, kTRoca=0.005 (cal/cms°C)
Flujo calorífico=cal/cm2s=(watt/m2)
Flujo Calorífico Tierra =0.09 watt/m2
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Gradiente Geotérmico = T/z
¡En la corteza 20-40° C por kilómetro!
Gradiente NO es constante c/r a Z
Extrapolado
¿Mecanismo adicional?¿Mayor calor en la corteza?
¿Por qué?
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Convección: Movimiento de materiales con distinta temperaturapor efecto de una diferencia de densidades.
Transferencia de Calor en la Tierra
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Tectónica de Placas y Magmatismo
La litósfera está organizada en una serie de placas rígidas que se mueven entre sí por efecto de la convección del manto.
Convección→disipación de calor→Trabajo→Transferencia de energía
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Tectónica de Placas y Magmatismo
Límites de Placas: Convergente, Divergente y Transforme
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Límtes DivergentesCrestas Oceánicas
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Límites Divergentes“Rifts Continentales”
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Límites Convergentes
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Límites ConvergentesColisión Continental
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Límites Transformes¿Magmatismo?
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Magmatismo Intraplaca“Plumas del Manto” o “Puntos Calientes”
Basaltos de Columbia River
Islandia