Petrografía Ígnea: Isótopos, MORB, Arcos de Islas y Dinámica Magmática

Datación Isotópica: Sistema Rubidio-Estroncio (Rb-Sr)

La desintegración radiactiva del Rubidio-87 (⁸⁷Rb) a Estroncio-87 (⁸⁷Sr) es un proceso fundamental en la geocronología y el estudio de la evolución de las rocas ígneas:

⁸⁷Rb → ⁸⁷Sr* + β^- (Constante de desintegración λ_Rb-Sr = 1.42 x 10^-11 por año)

La relación isotópica de Estroncio se describe mediante la siguiente ecuación:

⁸⁷Sr/⁸⁶Sr = (⁸⁷Sr/⁸⁶Sr)_o + (⁸⁷Rb/⁸⁶Sr) λt

El Rubidio (Rb) es un elemento que se encuentra abundantemente en la corteza terrestre. El ion Rb⁺ puede reemplazar al K⁺ en minerales como micas, feldespatos potásicos (K-feldespatos) y hornblenda (Hbl). Por otro lado, el ion Sr⁺⁺ reemplaza al Ca⁺⁺ en la plagioclasa. Estos procesos son clave para entender la re-homogenización isotópica en sistemas geológicos.

Petrografía de Basaltos de Dorsal Oceánica Media (MORB)

Los Basaltos de Dorsal Oceánica Media (MORB) son rocas ígneas que se forman en los centros de expansión oceánica. Petrográficamente, pueden ser afíricos o contener fenocristales de olivino (ol) y/o plagioclasa (pl).

Los MORB típicos son toleitas de olivino, caracterizadas por su bajo contenido de K₂O (< 0.2%) y bajo TiO₂ (< 2.0%).

• En la parte central de la dorsal, se encuentran basaltos de olivino y basaltos picríticos (con olivino ± espinela).
• En zonas adyacentes a la región axial, predominan los basaltos vítreos y los basaltos de feldespato (~35% de fenocristales de plagioclasa), con una asociación mineral de plagioclasa + olivino ± espinela.
• Algunos MORB, aunque raros, pueden contener olivino, plagioclasa y augita.

Dinámica de Inyección y Cristalización en MORB

El magma se inyecta en la corteza oceánica como sills completamente líquidos, de poco espesor (decenas a centenas de metros) y poco extensos (< 2 km), a una profundidad de 1-2 km bajo el piso oceánico. Este magma está rodeado por una extensa zona "mush" de baja velocidad sísmica, que, aunque transmite ondas de cizalla, contiene una cantidad menor de fundido.

Los sills son alimentados por reinyecciones de magma, lo que provoca mezclas de magmas. La zona "mush" puede contener hasta un 30% de magma, y es en este ambiente donde se desarrolla la cristalización in situ, lo que permitiría el desarrollo de gabros y rocas cumuladas. Sin embargo, muchas de las estructuras bandeadas observadas en los gabros de las ofiolitas podrían ser secundarias, formadas durante la deformación del piso oceánico (ej., durante la compactación).

Petrografía de Rocas de Arcos de Islas

Las rocas ígneas de arcos de islas presentan características mineralógicas distintivas:

• Plagioclasa: Es el fenocristal más común, con composiciones que varían de An₅₀-An₇₀ (hasta An₉₀).
• Olivino: Con composiciones de Fo₇₀-Fo₈₅.
• Augita: Con Mg# 85-90.

Estos minerales son típicos en las rocas máficas y en las andesitas de bajo potasio (low-K).

En rocas de potasio medio (medium-K) a alto potasio (high-K), es común encontrar hornblenda, la cual solo se forma en magmas con contenidos de H₂O superiores al 3%. La magnetita es tardía en rocas low-K y precoz en rocas calcoalcalinas. El clinopiroxeno en arcos de islas es más rico en Aluminio (Al) que en los MORB. En rocas de alto potasio, también se pueden encontrar biotita y sanidina.

Las texturas de desequilibrio son muy comunes en las rocas de arcos de islas, reflejando procesos dinámicos en la cámara magmática.

Clasificación de Basaltos por Contenido de Potasio

La clasificación de basaltos y andesitas según su contenido de potasio (K) revela diferencias significativas en su mineralogía y evolución:

• Basaltos Low-K (Toleíticos): Contienen olivino (Ol), clinopiroxeno (Cpx) y plagioclasa (Pl). Muestran un enriquecimiento intermedio en hierro (Fe) a lo largo de la serie de cristalización.
• Basaltos Medium-K (Calcoalcalinos, CA): Contienen olivino (Ol), clinopiroxeno (Cpx), plagioclasa (Pl) y magnetita. No presentan enriquecimiento en Fe debido a la cristalización precoz de magnetita, que consume el Fe del fundido.

La principal diferencia entre estos dos tipos de basaltos es la presencia y el momento de cristalización de la magnetita. Esto indica que los basaltos Medium-K calcoalcalinos se forman bajo una mayor fugacidad de oxígeno.

La distribución de tipos de roca según el contenido de potasio es la siguiente:

• Bajo K: Basaltos y andesitas basálticas.
• Medio K: Andesita basáltica y andesita.
• Alto K: Aproximadamente 50% basalto, 40% andesita, 10% dacita.

Mezcla de Magmas: Evidencias y Características

La mezcla de magmas es un proceso común en los sistemas magmáticos, evidenciado por diversas características texturales, mineralógicas y geoquímicas:

Evidencias Texturales

• Enclaves máficos: Presencia de enclaves máficos con forma de pillow (almohada) dentro de rocas más diferenciadas.
• Textura sieve: Observación de textura sieve (criba) en plagioclasas.
• Heterogeneidad textural: En una misma muestra, pueden coexistir plagioclasas con zonación inversa y textura sieve, indicando múltiples eventos de mezcla.

Evidencias Mineralógicas

• Zonación inversa: Fenocristales con núcleos más evolucionados y bordes más máficos.
• Presencia de fenocristales (Fx) de olivino y plagioclasa: Composiciones que son demasiado ricas en Mg y Ca para la composición global de la lava, sugiriendo un origen de magma más máfico.
• Composiciones de los centros minerales muy diferentes: Indicando la mezcla de magmas con distintas historias de cristalización.
• Coexistencia de zonación normal e inversa: En la misma muestra o incluso en el mismo cristal, lo que es un fuerte indicador de mezcla.

Evidencias Geotermométricas

• Temperaturas de los bordes > temperaturas de los centros: La geotermometría aplicada a los minerales puede mostrar que los bordes de los cristales se formaron a temperaturas más altas que sus centros, lo que es consistente con la inyección de un magma más caliente.

Evidencias Geoquímicas

• Diagramas de Harker lineales: En los diagramas de Harker (que grafican óxidos mayores contra un índice de diferenciación como SiO₂), las tendencias lineales pueden indicar la mezcla de dos magmas parentales distintos.