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3.3.5. Evolución de los magmas

Evolución de los magmas

Se podría pensar que cuando comienzan a formarse pequeños cristales en un magma que se está enfriando se acabaría formando una roca de la misma composición que el magma del que proviene. Pero generalmente esto no es así, ya que los cristales que se forman se separan del resto del magma y su composición química deja de ser la que era originalmente. La separación de estos cristales recién formados del resto del magma se realiza de varias formas:

  • Por diferenciación gravitatoria, cayendo al fondo de la cámara magmática los cristales más densos. 
  • Por compresión, en la que el magma, que es más fluido que los cristales, sale de la cámara magmática si se está comprimiendo, dejando allí los cristales ya formados.
  • Por transporte gaseoso, que separa las fases líquida y gaseosa del magma, llevando los gases hacia el techo de la cámara.

Por tanto, el magma que está ascendiendo a la superficie no tiene la misma composición que las rocas que se formarán tras su solidificación. Durante el largo tiempo de ascenso hacia la superficie, y durante su estancia en cámaras magmáticas, el magma cambia su composición química.

El ascenso de los magmas

Cuando se forma el magma, asciende hacia la superficie por ser menos densos que las rocas encajantes, aprovechando los huecos que queden entre los minerales y las fracturas que puedan existir. La velocidad con la que asciende el magma depende de su densidad y viscosidad, por lo que los magma ácidos, con alto contenido en sílice serán muy lentos, a una velocidad aproximada de 1 metro al año. Los magmas pueden alcanzar unas temperaturas de entre 700 y 1200 ºC, pero cuando se enfrían, comienza la solidificación de sus componentes según sea su punto de fusión, a la vez que se liberan los gases (volátiles) que estaban disueltos, como el agua, dióxido de carbono, cloro, flúor, etc. Después van solidificando minerales silicatados de estructuras simples, como nesosilicatos, como el olivino o el zircón, y más tarde, otros con estructuras más complejas siguiendo este orden:

  • Minerales accesorios.
  • Minerales ferromagnesianos (olivino, piroxeno, anfíboles, biotita).
  • Feledespatos (albita, anortita, ortosa).
  • Moscovita.
  • Cuarzo.

Enfriamiento del magma. Cristalización

El magma es un fluido complejo y su solidificación no es un proceso homogéneo, sino que se producen distintas fases de cristalización en las que van solidificando los distintos minerales.

Los minerales van cristalizando según su temperatura de fusión. Primero se forman las rocas que contienen minerales con punto de fusión más alto (más de 1300 ºC), y las últimas, las rocas formadas por minerales menos densos y que tienen puntos de fusión más bajos (unos 700 ºC).

Generalmente, la solidificación de los minerales que forman el magma se produce de modo inverso a como se produce su fusión.

Serie de reacción de Bowen

La evolución del magma fue precisada por Bowen, quien expresó cómo se producía la aparición de los minerales en función de la temperatura, a partir de un magma basáltico, definiendo dos series de reacciones:

  • Serie discontinua, en la que no se pasa directamente de un mineral a otro. Corresponde a los minerales ferromagnesianos.
  • Serie continua. Corresponde a las plagioclasas, comenzando con la plagioclasa cálcica, en la que los minerales van apareciendo de forma gradual, existiendo todos los componentes intermedios.

Según la serie de Bowen, los últimos minerales que cristalizan son el cuarzo, la ortosa y la mica, los componentes del granito, por lo que es posible obtener un magma granítico a partir de un magma basáltico, además de otros magmas de composiciones intermedias.

Series de BowenTeckron, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Los primeros minerales en solidificar son óxidos minoritarios, apatito o circón, y después aparecen los silicatos mayoritarios según el orden expresado en las series de Bowen. Se formarían cristales de olivino y plagioclasa cálcica que, durante el enfriamiento, reaccionarían con el resto del magma para dar lugar a los minerales de las dos series de Bowen:

Serie discontinua

En la serie discontinua, a partir de un magma rico en hierro y magnesio, primero se forma olivino, pero con temperatura más baja, si existe suficiente sílice en el magma, el olivino reacciona y se transforma en piroxeno. El piroxeno también puede transformarse en anfíbol y biotita, y así sucesivamente según las reacciones indicadas en la serie hasta que todo el magma haya solidificado.

En esta serie discontinua se forman los minerales máficos, desde el olivino hasta la biotita.

Serie continua

En la serie continua, los minerales se van formando según una serie isomorfa, cambiando su composición química sin cambiar su estructura cristalina.

Las reacciones continuas se producen en condiciones de equilibrio entre el magma fundido y los cristales formados, según va bajando la temperatura.

Un cristal que se ha formado a altas temperaturas, como la plagioclasa rica en Ca2+, va cambiando su composición sustituyendo iones Ca2++ por iones Na+, y iones Al3+ por iones Si4+ para equilibrar las cargas. 

La serie de reacción continua de Bowen comienza con una plagioclasa rica en Ca2+, formada a altas temperaturas, y va cambiando su composición química hacia otras intermedias hasta llegar a la plagioclasa rica en Na+.

Las reacciones de la serie de Bowen se producen cuando se produce un equilibrio entre los cristales formados y el fluido, pero en cualquier momento de la consolidación, los cristales pueden separarse del resto del magma.

Si un magma, por ejemplo, formado por silicio, oxígeno, aluminio, potasio, calcio y sodio se está enfriando, los minerales cristalizarían según la serie continua de Bowen, en la que se obtendrían, según se enfriaba, anortita (plagioclasa cálcica), albita (plagioclasa sódica) y ortosa (feldespato potásico).

Diferenciación magmática. Cambios en la composición del magma

La diferenciación magmática comprende todos los procesos que hacen variar sucesivamente la composición química de un magma, es decir, son aquellos procesos que dan lugar a la formación de magmas secundarios a partir de un magma original.

Aunque los principales tipos de magmas son el basáltico y el granítico, hay mucha variedad de rocas ígneas, lo que hace suponer que la composición de los magmas va variando.

A partir de un magma original se pueden desarrollar magmas de composición distinta a la original mediante varios procesos:

Cristalización fraccionada y sedimentación de cristales

El proceso más importante de la diferenciación magmática es la cristalización fraccionada.

La cristalización fraccionada se produce porque no todo el magma solidifica a la misma temperatura. Los minerales que tienen mayor punto de fusión son los primeros que cristalizan cuando el magma se enfría. Los minerales ferromagnesianos (olivino y piroxeno) son los primeros en cristalizar, y como son más densos que el magma remanente, se hunden y se van concentrando hacia abajo por la gravedad. El magma remanente queda empobrecido en Fe y Mg enriquecido en elementos más ligeros, como Si, Na y K, y por lo tanto se vuelve más ácido. 

Así, a partir de un mismo magma, las rocas superiores serán más claras, menos densas y más ácidas que las que quedan debajo. A este proceso se le conoce como diferenciación magmática.

Asimilación magmática

La asimilación magmática se produce cuando, en el ascenso hacia la superficie, un magma atraviesa rocas de distinta composición que pueden fundirse y pasar a formar parte del magma, modificando su composición original. La roca encajante, al estar en contacto con el magma, que puede tener más de 1200 ºC, puede llegar a fundirse (o algunos minerales) y el magma que resulte, tener una composición química distinta a la de magma original.

Algunas de estas rocas encajantes pueden no llegar a fundirse totalmente y quedan restos dentro de la roca ya solidificada que reciben el nombre de enclaves (los de composición granítica se llaman gabarros).

Mezcla de magmas

Los magmas también pueden variar su composición si se mezclan con otros magmas. Si a una cámara magmática, ocupada por un magma secundario, ya diferenciado, llega otro magma primario, se mezclan los dos y cambia su composición. No es normal que se mezclen magmas que no tengan un origen común.

Canarias, Julio de 2018, opción B, cuestión 3

3). El diagrama siguiente muestra las siguientes curvas:

1. Sólidus del pirolito (1/4 partes de basalto + ¾ partes de peridotita).

2. Sólidus de una peridotita.

3. Gradiente geotérmico bajo las llanuras abisales.

4. Gradiente geotérmico bajo las dorsales oceánicas.

A partir de esta información, contesta las siguientes preguntas razonando las respuestas (1 punto):

a). Entre que profundidades podrá darse la fusión del Manto terrestre bajo las llanuras abisales, considerando que el Manto terrestre tiene la composición del pirolito (0.5 puntos).

b). Entre que profundidades podrá darse la fusión del Manto terrestre bajo las dorsales oceánicas, considerando, que el Manto terrestre tiene la composición de una peridotita (0.5 puntos).

Cantabria, Septiembre de 2018, opción 1, pregunta 2

2. [1,5 PUNTOS]Complete y explique el siguiente cuadro teniendo en cuenta que se trata del proceso de cristalización de un magma.

La Rioja, Julio de 2017, opción B, cuestión 2a

a) (0,5 puntos). ¿Qué representan las series de Bowen referidas a la formación de minerales?

Castilla La Mancha, Julio de 2017, propuesta B, bloque 3, pregunta 10 y 11

10ª/0,75 p.) ¿Cómo se explica el orden en el que se produce la cristalización de los minerales de un magma con la disminución de la temperatura o serie de Bowen?
11ª/0,75 p.) ¿Por qué las rocas plutónicas están formados principalmente por los últimos términos de la serie?

Castilla La mancha, Julio de 2019, propuesta B, bloque 3, pregunta 10

10ª/1,5 p.) La secuencia de cristalización de Bowen, (figura adjunta), establece el orden con el que se forman los minerales silicatados a partir de un magma. ¿Explica cómo se va produciendo un progresivo enriquecimiento en SiO2?

Extremadura, Junio de 2019, opción A, pregunta 3

3. Explicar la serie continua de Bowen. 1 punto. (83)

Extremadura, Junio de 2018, opción B, pregunta 3

3. En la diferenciación magmática, explicar la fase hidrotermal. 1 punto.

Castilla La mancha, Junio de 2017, propuesta A, bloque 2, pregunta 8

8ª/1 p.) ¿Por qué un mismo magma (parental) puede producir muchos tipos de rocas, y en cambio, en otras ocasiones genera poca variedad de rocas?

País Vasco, Junio de 2018, opción A, cuestión 3

 
 Los magmas. Evolución y diferenciación magmática. Ayúdate de dibujos y esquemas en el desarrollo del tema. (1,5 puntos)

País Vasco, Junio de 2018, opción B, cuestión 4c

Define: Fluido hidrotermal. (0,5 puntos)

Valencia, Julio de 2017, Ejercicio A, Pregunta A1

Cuestión a) Sea un magma hipotético que solo estuviese constituido por átomos de Si, O, Al, K, Ca y Na. ¿Qué minerales podrían formarse por enfriamiento progresivo del mismo? Enumérelos y ordénelos por temperaturas decreciente de formación.

Cuestión b) Enumere los procesos por los cuales pueden desarrollarse magmas con diversa composición química a partir de un magma originario y explique uno de ellos.

Cuestión c) ¿Qué entiende por textura de una roca ígnea? Cite tres ejemplos de textura.

Cuestión d) Complete los huecos de la siguiente figura con los nombres apropiados de rocas, minerales y texturas.

Aragón, Junio de 2017, opción B, cuestión 3, parte B

B. Indique en qué consiste el proceso de diferenciación magmática y explique el proceso de cristalización fraccionada. (0,5 puntos)

Castilla La Mancha, Junio de 2021, pregunta 6

6ª/0,5 p.) ¿Qué es la diferenciación magmática?

Aragón, Julio de 2021, pregunta 2B

B. Indique en qué consiste el proceso de diferenciación magmática y explique brevemente el proceso de cristalización fraccionada. (1 punto)

Cantabria, Julio de 2021, pregunta 9

9. [1 PUNTO] Comente brevemente dos procesos que pueden producir un cambio en la composición del magma.

Castilla La Mancha, Julio de 2021, pregunta 17

17ª/1 p.) ¿Cómo se explica el proceso de coordinación de los tetraedros de sílice en los minerales silicatados a medida que se forman los minerales por el enfriamiento de un magma, (serie de Bowen)?

La Rioja, Julio de 2021, pregunta 4

4.- Los minerales magmáticos se originan a partir de magmas siguiendo las denominadas series de Bowen. ¿Qué son? ¿Qué minerales tienen este origen?

Madrid, Julio de 2021, pregunta B3a

a) Cite los procesos que justifican los cambios composicionales de un magma. Explique dos de ellos. Indique la secuencia de cristalización, de mayor a menor temperatura, de los minerales no ferromagnesianos.

Valencia, Julio de 2021, pregunta 2

Pregunta 2) Explique cómo varía la composición química de las rocas ígneas en atención a la temperatura de cristalización del magma, indique al menos 5 minerales representativos de la secuencia de enfriamiento (en T decrecientes) y diga cómo se llama el diagrama representativo de dicha secuencia.

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