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Intrusión ígnea

Un plutón jurásico de monzonita rosa se emplazó debajo de una sección de rocas sedimentarias grises que posteriormente se elevó y quedó expuesta, cerca de Notch Peak , House Ran...

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Un plutón jurásico de monzonita rosa se emplazó debajo de una sección de rocas sedimentarias grises que posteriormente se elevó y quedó expuesta, cerca de Notch Peak , House Range , Utah .
El lacolito expuesto sobre un sistema de plutones masivo cerca de Sofía , formado por las montañas abovedadas de sienita de Vitosha y diorita de Plana y posteriormente elevadas.

En geología , una intrusión ígnea (o cuerpo intrusivo [ 1 ] o simplemente intrusión [ 2 ] ) es un cuerpo de roca ígnea intrusiva que se forma por la cristalización del magma que se enfría lentamente bajo la superficie de la Tierra . Las intrusiones tienen una amplia variedad de formas y composiciones, ilustradas por ejemplos como el Palisades Sill de Nueva York y Nueva Jersey ; [ 3 ] las montañas Henry de Utah ; [ 4 ] el complejo ígneo de Bushveld de Sudáfrica ; [ 5 ] Shiprock en Nuevo México ; [ 6 ] la intrusión de Ardnamurchan en Escocia; [ 7 ] y el batolito de Sierra Nevada de California . [ 8 ]

Debido a que la roca sólida en la que se introduce el magma es un excelente aislante , el enfriamiento del magma es extremadamente lento y la roca ígnea intrusiva es de grano grueso ( fanerítica ). Las rocas ígneas intrusivas se clasifican por separado de las rocas ígneas extrusivas , generalmente en función de su composición mineral . Las cantidades relativas de cuarzo , feldespato alcalino , plagioclasa y feldespatoide son particularmente importantes para la clasificación de las rocas ígneas intrusivas. [ 9 ] [ 10 ]

Las intrusiones deben desplazar la roca huésped existente para hacerse espacio. La cuestión de cómo se produce esto se denomina problema de la habitación y sigue siendo objeto de investigación activa para muchos tipos de intrusiones. [ 11 ]

El término plutón está mal definido, [ 12 ] pero se ha utilizado para describir una intrusión emplazada a gran profundidad; [ 13 ] como sinónimo de todas las intrusiones ígneas; [ 14 ] como categoría general para intrusiones cuyo tamaño o carácter no están bien determinados; [ 15 ] o como nombre para una intrusión muy grande [ 16 ] o para una cámara magmática cristalizada . [ 17 ] Un plutón que se ha intruido y ha oscurecido el contacto entre un terreno y la roca adyacente se llama plutón de costura .

Clasificación

Tipos básicos de intrusiones: 1. Lacolito , 2. Dique pequeño , 3. Batolito , 4. Dique , 5. Sill , 6. Cuello volcánico , chimenea, 7. Lopolito .

Las intrusiones se dividen a grandes rasgos en intrusiones discordantes , que atraviesan la estructura existente de la roca encajante, e intrusiones concordantes , que se introducen paralelamente a la estratificación o estructura existente . [ 18 ] Estas se clasifican además según criterios como el tamaño, el modo de origen evidente o si tienen forma tabular. [ 1 ] [ 2 ]

Un conjunto intrusivo es un grupo de intrusiones relacionadas en el tiempo y el espacio. [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]

intrusiones discordantes

Diques

Los diques son intrusiones tabulares discordantes, que toman la forma de láminas que cortan los estratos rocosos existentes. [ 22 ] Suelen resistir la erosión, por lo que destacan como muros naturales en el paisaje. Su espesor varía desde películas de milímetros de espesor hasta más de 300 metros (980 pies) , y una lámina individual puede tener un área de 12 000 kilómetros cuadrados (4600 millas cuadradas ) . También varían ampliamente en su composición. Los diques se forman por fracturación hidráulica de la roca encajante por magma bajo presión, [ 23 ] y son más comunes en regiones de tensión cortical . [ 24 ]   

diques anulares y láminas cónicas

Los diques anulares [ 25 ] y las láminas cónicas son diques con formas particulares que están asociados con la formación de calderas . [ 26 ]

Cuellos volcánicos

Los cuellos volcánicos son conductos de alimentación para volcanes que han quedado expuestos por la erosión . Las exposiciones superficiales suelen ser cilíndricas, pero la intrusión a menudo adquiere forma elíptica o incluso de trébol en profundidad. Los diques suelen irradiar desde un cuello volcánico, lo que sugiere que los cuellos tienden a formarse en las intersecciones de los diques, donde el paso del magma está menos obstruido. [ 11 ]

Diatremas y chimeneas de brecha

Los diatrema y las chimeneas de brecha son cuerpos de brecha con forma de tubo que se forman por tipos particulares de erupciones explosivas . [ 27 ] Cuando alcanzan la superficie, en realidad son extrusiones, pero el material no erupcionado es una intrusión y, de hecho, debido a la erosión, puede ser difícil distinguirlo de una intrusión que nunca llegó a la superficie cuando el magma/lava. El material de la raíz de un diatrema es idéntico al material intrusivo cercano, si existe, que nunca llegó a la superficie cuando se formó.

Cepo

Un stock es una intrusión discordante no tabular cuya exposición cubre menos de 100 kilómetros cuadrados (39 millas cuadradas ) . Aunque esto parezca arbitrario, sobre todo porque la exposición puede ser solo la punta de un cuerpo intrusivo mayor, la clasificación es significativa para cuerpos que no varían mucho en área con la profundidad y que tienen otras características que sugieren un origen y modo de emplazamiento distintivos. [ 28 ]  

Batolitos

Los batolitos son intrusiones discordantes con un área expuesta mayor de 100 kilómetros cuadrados (39 millas cuadradas ) . Algunos son de tamaño verdaderamente enorme, y sus contactos inferiores rara vez están expuestos. Por ejemplo, el Batolito Costero de Perú tiene 1100 kilómetros (680 millas) de largo y 50 kilómetros (31 millas) de ancho. Generalmente se forman a partir de magma rico en sílice , y nunca de gabro u otras rocas ricas en minerales máficos, pero algunos batolitos están compuestos casi en su totalidad de anortosita . [ 29 ]    

intrusiones concordantes

Alféizares

Un sill es una intrusión tabular concordante, que generalmente toma la forma de una lámina paralela a los estratos sedimentarios. Por lo demás, son similares a los diques. La mayoría son de composición máfica , con un contenido relativamente bajo de sílice, lo que les confiere la baja viscosidad necesaria para penetrar entre los estratos sedimentarios. [ 23 ]

Lacolitos

Un lacolito es una intrusión concordante con una base plana y un techo abovedado. Los lacolitos suelen formarse a poca profundidad, menos de 3 kilómetros (1,9 millas) [ 30 ] , y en regiones de compresión cortical [ 24 ] . 

Lopolitos e intrusiones estratificadas

Los lopolitos son intrusiones concordantes con forma de platillo, que se asemejan un poco a un lacolito invertido, pero pueden ser mucho más grandes y formarse mediante diferentes procesos. Su inmenso tamaño favorece un enfriamiento muy lento, lo que produce una segregación mineral inusualmente completa llamada intrusión estratificada . [ 31 ]

Formación

El problema de la habitación

La fuente última del magma es la fusión parcial de rocas en el manto superior y la corteza inferior . Esto produce un magma menos denso que su roca de origen. Por ejemplo, un magma granítico, rico en sílice, tiene una densidad de 2,4 Mg/m³ , mucho menor que los 2,8 Mg/m³ de una roca metamórfica de alto grado. Esto le confiere al magma una enorme flotabilidad, por lo que su ascenso es inevitable una vez que se ha acumulado suficiente. Sin embargo, la cuestión de cómo grandes cantidades de magma son capaces de desplazar la roca circundante para hacerse espacio (el problema del espacio ) sigue siendo objeto de investigación. [ 11 ]

La composición del magma y la roca encajante, así como las tensiones que afectan a esta última, influyen notablemente en los tipos de intrusiones que se producen. Por ejemplo, cuando la corteza está experimentando extensión, el magma puede ascender fácilmente a través de fracturas tensionales en la corteza superior para formar diques. [ 11 ] Cuando la corteza está bajo compresión, el magma a poca profundidad tiende a formar lacolitos, penetrando en los estratos menos competentes, como los estratos de lutita. [ 24 ] Los diques anulares y las láminas cónicas se forman únicamente a poca profundidad, donde un tapón de roca encajante suprayacente puede elevarse o descender. [ 32 ] Los inmensos volúmenes de magma involucrados en los batolitos solo pueden ascender cuando el magma es altamente silícico y flotante, y probablemente lo hagan como diapiros en la corteza profunda dúctil y a través de diversos mecanismos en la corteza superior frágil. [ 33 ]

Intrusiones múltiples y compuestas

Las intrusiones ígneas pueden formarse a partir de un único evento magmático o de varios eventos incrementales. Evidencia reciente sugiere que la formación incremental es más común para grandes intrusiones. [ 34 ] [ 35 ] Por ejemplo, el dique de Palisades nunca fue un único cuerpo de magma de 300 metros (980 pies) de espesor, sino que se formó a partir de múltiples inyecciones de magma. [ 36 ] Un cuerpo intrusivo se describe como múltiple cuando se forma a partir de inyecciones repetidas de magma de composición similar, y como compuesto cuando se forma a partir de inyecciones repetidas de magma de composición diferente. Un dique compuesto puede incluir rocas tan diferentes como granófiro y diabasa . [ 37 ] 

Aunque a menudo hay poca evidencia visual de múltiples inyecciones en el campo, existe evidencia geoquímica. [ 38 ] La zonación del circón proporciona evidencia importante para determinar si un solo evento magmático o una serie de inyecciones fueron los métodos de emplazamiento.

Es probable que las grandes intrusiones félsicas se formen por la fusión de la corteza inferior calentada por una intrusión de magma máfico proveniente del manto superior. Las diferentes densidades del magma félsico y máfico limitan su mezcla, de modo que el magma silícico flota sobre el magma máfico. Esta mezcla limitada da lugar a las pequeñas inclusiones de roca máfica que se encuentran comúnmente en granitos y granodioritas. [ 39 ]

Enfriamiento

Perfiles térmicos en diferentes momentos después de la intrusión, que ilustran la ley de la raíz cuadrada.

Una intrusión de magma pierde calor hacia la roca circundante mediante conducción térmica. Cerca del contacto entre material caliente y material frío, si el material caliente tiene inicialmente una temperatura uniforme, el perfil de temperatura a través del contacto viene dado por la relación

T/T0=12+12terreno⁡(incógnita2kt){\displaystyle T/T_{0}={\frac {1}{2}}+{\frac {1}{2}}\operatorname {erf} ({\frac {x}{2{\sqrt {kt}}}})}

dóndeT0{\displaystyle T_{0}}es la temperatura inicial del material caliente, k es la difusividad térmica (típicamente cercana a 10 −6 m 2 s −1 para la mayoría de los materiales geológicos), x es la distancia desde el contacto y t es el tiempo desde la intrusión. Esta fórmula sugiere que el magma cercano al contacto se enfriará rápidamente mientras que la roca de caja cercana al contacto se calentará rápidamente, mientras que el material más alejado del contacto será mucho más lento para enfriarse o calentarse. [ 40 ] Por lo tanto, a menudo se encuentra un margen enfriado en el lado de la intrusión del contacto, [ 41 ] mientras que se encuentra una aureola de contacto en el lado de la roca de caja. El margen enfriado es mucho más fino que la mayor parte de la intrusión, y puede ser diferente en composición, reflejando la composición inicial de la intrusión antes de que la cristalización fraccionada, la asimilación de la roca de caja o inyecciones magmáticas adicionales modificaran la composición del resto de la intrusión. [ 42 ] Las isotermas (superficies de temperatura constante) se propagan desde el margen según una ley de raíz cuadrada, [ 40 ] de modo que si el metro más externo del magma tarda diez años en enfriarse a una temperatura dada, el siguiente metro hacia el interior tardará 40 años, el siguiente tardará 90 años, y así sucesivamente.

Esto es una idealización, y procesos como la convección del magma (donde el magma enfriado junto al contacto se hunde hasta el fondo de la cámara magmática y el magma más caliente ocupa su lugar) pueden alterar el proceso de enfriamiento, reduciendo el espesor de los márgenes enfriados y acelerando el enfriamiento de la intrusión en su conjunto. [ 43 ] Sin embargo, es evidente que los diques delgados se enfriarán mucho más rápido que las intrusiones más grandes, lo que explica por qué las intrusiones pequeñas cerca de la superficie (donde la roca encajante está inicialmente fría) suelen tener un grano casi tan fino como la roca volcánica.

Las características estructurales del contacto entre la intrusión y la roca encajante proporcionan pistas sobre las condiciones en las que tuvo lugar la intrusión. Las intrusiones catazonales tienen una aureola gruesa que se funde con el cuerpo intrusivo sin margen definido, lo que indica una considerable reacción química entre la intrusión y la roca encajante, y a menudo presentan amplias zonas de migmatita . Las foliaciones en la intrusión y la roca encajante circundante son aproximadamente paralelas, con indicios de deformación extrema en la roca encajante. Se interpreta que estas intrusiones se produjeron a gran profundidad. Las intrusiones mesozonales tienen un grado de metamorfismo mucho menor en sus aureolas de contacto, y el contacto entre la roca encajante y la intrusión es claramente discernible. Las migmatitas son raras y la deformación de la roca encajante es moderada. Se interpreta que estas intrusiones se produjeron a profundidad media. Las intrusiones epizonales son discordantes con la roca encajante y tienen contactos definidos con márgenes enfriados, con un metamorfismo limitado en una aureola de contacto, y a menudo contienen fragmentos xenolíticos de roca encajante que sugieren una fractura frágil. Estas intrusiones se interpretan como ocurriendo a poca profundidad y suelen estar asociadas con rocas volcánicas y estructuras de colapso. [ 44 ]

Acumulaciones

Una intrusión no cristaliza todos los minerales a la vez; más bien, existe una secuencia de cristalización que se refleja en la serie de reacción de Bowen . Los cristales formados al principio del enfriamiento suelen ser más densos que el magma restante y pueden depositarse en el fondo de un gran cuerpo intrusivo. Esto forma una capa acumulada con una textura y composición distintivas. [ 45 ] Dichas capas acumuladas pueden contener valiosos depósitos de mineral de cromita . [ 46 ] [ 47 ] El vasto Complejo Ígneo de Bushveld en Sudáfrica incluye capas acumuladas del raro tipo de roca cromitita, compuesta en un 90 % de cromita. [ 48 ]

Véase también

  • Plutonismo : teoría geológica que postula que las rocas ígneas de la Tierra se formaron por la solidificación de material fundido. 
  • Domo de sal : domo estructural formado por sal o halita. 
  • Tectónica de la sal : Geología de las estructuras salinas 

Referencias

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Lecturas adicionales

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  • Young, Davis A. (2003). La mente sobre el magma: la historia de la petrología ígnea . Princeton University Press. ISBN 0-691-10279-1.