El agua magmática , también conocida como agua juvenil , es una fase acuosa en equilibrio con minerales que han sido disueltos por el magma en las profundidades de la corteza terrestre y se libera a la atmósfera durante una erupción volcánica . Desempeña un papel clave en la evaluación de la cristalización de rocas ígneas , en particular los silicatos , así como la reología y evolución de las cámaras magmáticas . El magma está compuesto de minerales, rocas y compuestos orgánicos volátiles ( COV ) en abundancia relativa variable. [1] Diferenciación magmáticavaría significativamente en función de varios factores, entre los que destaca la presencia de agua. [2] Una abundancia de COV dentro de las cámaras de magma disminuye la viscosidad y conduce a la formación de minerales que contienen halógenos , incluidos los grupos Cl - y OH - . Además, la abundancia relativa de COV varía dentro de las cámaras de magma basálticas, andesíticas y riolíticas, lo que hace que algunos volcanes sean mucho más explosivos que otros. El agua magmática es prácticamente insoluble en los fundidos de silicato, pero ha demostrado la mayor solubilidad dentro de los fundidos riolíticos. Se ha demostrado que una abundancia de agua magmática conduce a una deformación de alto grado, alterando la cantidad de δ 18 O y δ 2H dentro de las rocas huésped.
Composición
El magma existe en tres formas principales que varían en composición. [3] Cuando el magma cristaliza dentro de la corteza, forma una roca ígnea extrusiva. Dependiendo de la composición del magma, puede formar riolita , andesita o basalto . [3] Los COV , particularmente el agua y el dióxido de carbono, impactan significativamente el comportamiento de cada forma de magma de manera diferente. [4] , [5] El magma con una alta concentración de COV tiene una reducción significativa en la temperatura de hasta cientos de grados, lo que reduce su viscosidad inherente. [6] El comportamiento del magma también se ve alterado por las diferentes composiciones mineralógicas, como se observa en la Figura 1 . Por ejemplo, el agua magmática conduce a la cristalización de varios minerales abundantes en grupos hidroxilo o halogenados, incluidos los granates. Los análisis de estos minerales se pueden utilizar para analizar las condiciones de formación en el interior de los planetas rocosos. [6] , [7]
Volátiles
Los COV están presentes en casi todo el magma en diferentes concentraciones. Ejemplos de COV dentro del magma incluyen H 2 O, CO 2 y gases halógenos, incluidos Cl 2 y F 2 . [8] Las altas presiones permiten que estos volátiles permanezcan relativamente estables dentro de la solución. [8] Sin embargo, con el tiempo, a medida que disminuye la presión magmática, los COV se elevarán de la solución en la fase gaseosa, disminuyendo aún más la presión magmática. [8] Estas diferencias de presión provocan diferencias drásticas en el volumen de un magma. [8] La diferencia de presión hace que algunas formas de volcanes sean altamente explosivas y otras efusivas. [8]
Mineralogía
Un ejemplo de un mineral que contiene grupos hidroxilo es el granate. El granate es un mineral anhidro comúnmente analizado dentro de las subdisciplinas geológicas debido a su estabilidad general. Un estudio analizó la presencia de granates dentro del manto superior mediante espectroscopía IR y mostró una absorción de aproximadamente 3500 cm -1 , lo que es consistente con la presencia de grupos hidroxilo. Se ha demostrado que estos granates varían en composición dependiendo de su origen geográfico. [7] Un estudio particular en el sur de África determinó concentraciones que van desde 1 ppm hasta 135 ppm. [7] Sin embargo, esto es significativamente más bajo que el contenido de hidroxilo en regiones como la meseta de Colorado. También se demostró que existe una correlación inversa con respecto a la concentración de OH y Mg + Fe.
Magma basáltico
El magma basáltico es el más abundante en hierro, magnesio y calcio, pero el más bajo en sílice, potasio y sodio. [8] , [3] La composición de la sílice dentro del magma basáltico varía entre el 45 y el 55 por ciento en peso (% en peso), o fracción de masa de una especie. [8] Se forma en temperaturas que oscilan entre aproximadamente 1830 ° F y 2200 ° F. [8] , [3] El magma basáltico tiene la viscosidad y el contenido de COV más bajos, pero aún puede ser hasta 100,000 veces más viscoso que el agua. [8] Debido a su baja viscosidad, esta es la forma de magma menos explosiva. El magma basáltico se puede encontrar en regiones como Hawai , conocida por sus volcanes en escudo. [8] , [9]
Forma minerales como feldespato plagioclasa rico en calcio y piroxeno . La composición del agua del magma basáltico varía según la evolución de la cámara de magma. Los magmas de arco, como Izarú en Costa Rica, oscilan entre 3,2 y 3,5 % en peso. [10]
Magma andesítico
El magma andesítico es un magma intermedio y está aproximadamente uniformemente disperso con respecto al hierro, magnesio, calcio, sodio y potasio. [8] , [3] La composición de sílice del magma andesítico varía de 55 a 65% en peso. [8] Se forma en temperaturas que van desde aproximadamente 1470 ° F a 1830 ° F. [8] , [3] El magma andesítico tiene una viscosidad y un contenido de COV intermedios. [8] Forma minerales como plagioclasa feldespato, mica y anfíbol .
Magma riolítico
El magma riolítico es félsico y el más abundante en sílice, potasio y sodio, pero el más bajo en hierro, magnesio y calcio. [8] , [3] La composición de sílice del magma riolítico varía entre 65 y 75% en peso. [8] Se forma en el rango de temperatura más bajo, de aproximadamente 1200 ° F a 1470 ° F. [8] , [3] El magma riolítico tiene la viscosidad y el contenido de gas más altos. [8] El magma riolítico produce las erupciones volcánicas más explosivas, incluida la catastrófica erupción del monte. Vesubio. [8] Forma minerales como feldespato ortoclasa, feldespato plagioclasa rico en sodio, cuarzo, mica y anfíbol.
Agua en silicato se derrite
La precipitación de minerales se ve afectada por la solubilidad en agua dentro de los silicatos fundidos, que típicamente existen como grupos hidroxilo unidos a Si 4+ o cationes del Grupo 1 y del Grupo 2 en concentraciones que varían de aproximadamente 6-7% en peso. %. [11] , [12] Específicamente, el equilibrio de H 2 O y O 2 disuelto produce hidróxidos, donde la K eq se ha aproximado entre 0,1 y 0,3. [12]
Esta solubilidad inherente es baja, aunque varía mucho dependiendo de la presión del sistema. Los magmas riolíticos tienen la mayor solubilidad, desde aproximadamente el 0% en la superficie hasta casi el 10% a 1100 ° C y 5 kbar. La desgasificación ocurre cuando se eleva el magma hidratado, convirtiendo gradualmente el agua disuelta en una fase acuosa. Esta fase acuosa es típicamente abundante en COV, metales ( cobre , plomo , zinc , plata y oro ) y cationes del Grupo 1 y del Grupo 2 . Dependiendo del catión al que esté unido el hidroxilo, impacta significativamente las propiedades de una erupción volcánica, particularmente su explosividad. [11] Durante condiciones de temperatura y presión inusualmente altas que superan los 374 ° C y 218 bar, el agua entra en un estado de fluido supercrítico y deja de ser líquido o gas. [11]
Datos de isótopos estables
Los datos isotópicos de varios lugares dentro de la Cordillera del Atlántico Medio indicaron la presencia de rocas ígneas extrusivas de máficas a félsicas, incluidas gabro , diorita y plagiogranita . [13] Estas rocas mostraron un metamorfismo de alto grado debido al agua magmática, superior a 600 ° C. Esta deformación agotó las rocas anfitrionas de 18 O, lo que llevó a un análisis más detallado de la relación de 18 O a 16 O ( δ 18 O ). [13]
Agua en equilibrio con ígneas masas fundidas debe tener la misma firma isotópica para 18 O y δ 2 H . Sin embargo, los estudios isotópicos del agua magmática han demostrado que es similar a la del agua meteórica , lo que indica la circulación de sistemas de agua subterránea magmática y meteórica. [14]
Los análisis isotópicos de inclusiones fluidas indican un amplio rango de contenido de δ 18 O y δ 2 H. [15] Los estudios en estos entornos han demostrado una abundancia de 18 O y un agotamiento de 2 H en relación con las aguas SMOW y meteóricas. Dentro de los depósitos de mineral, los datos de inclusión de fluidos mostraron que la presencia de δ 18 O frente a δ 2 H están dentro del rango esperado.
Ver también
- Agua connata
Referencias
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