Tema 4: Magmatisme
Realitzat: professor Albert Batllori
1
U3. MAGMATISME
1. INTRODUCCIÓ. ROQUES LÍQUIDES l’activitat dels volcans i la formació del magma/lava va associada al moviment plaques tectòniques. els límits de placa són zones amb gran activitat volcànica, i a més són zones altament poblades ja que els volcans proporcionen: terres fèrtils recursos minerals energia geotèrmica
alhora suposa un risc per les poblacions que viuen en aquestes zones.
el fet que generi tanta activitat humana, ja sabem que en la zona de l’astenosfera hi ha part del material rocós fos, el qual es troba a elevades condicions de Pressió i temperatura.
MAGMA: barreja de minerals (silicats) en estat líquid amb una proporció elevada de gasos dissolts (vapor H2O, CO2, F2, Cl2). Pressions elevades Gasos dissolts (! P)
Temperatures de 700-1500ºC al refredar-se formen les ROQUES MAGMÀTIQUES o ÍGNIES
4.1. Roques líquides Les temperatures dels magmes oscil!la entre 650oC i 1.500oC
Les roques es fonen segons el seu punt de fusió. La massa fosa s’anomena magma (conté mineral, fonamentalment silicats, gasos, sulfurs, etc.) La presència d’aigua i gasos fa disminuir el punt de fusió 3
MAGMATISME: és el procés geològic mitjançant el qual els magmes es generen, es desplacen, es refreden i originen, d'aquesta manera, les roques magmàtiques o ígnies (més del 80% de les roques de l'escorça terrestre són d'origen magmàtic). .
1.1. VISCOSITAT DELS MAGMES La viscositat és una propietat molt important dels magmes ja que està relacionada: procés de solidificació dinàmica de les erupcions volcàniques
Hi ha 4 factors que influeixen en la viscositat del magma:
Temperatura: inversament proporcional a la viscositat Pressió: comprimeix el minerals i el fa més viscosos Gasos dissolts: la seva presència fa augmentar la pressió interna del magma i fa que disminueixi la viscositat
Composició química: la presència del SiO2 (sílice) fa més viscós el magma
1.2. LOCALITZACIÓ DEL MAGMA Les zones on es produeixen aquest fenòmens reben el nom de Ambients Geotectònics, entre els quals tenim: Zones de Subducció: una placa s’enfonsa sota l’altra (Filipines, Japó (4), Saint Helens (1)) Dorsal Oceànica: separació de plaques a nivell de l’oceà (Islàndia (3)) Rift Continental: separació de plaques a nivell de continent (Kilimanjaro (5)) Punts Calents o hot-spots: zones d’ascensió de magma de forma puntual (Garrotxa, Hawaii (2)
4.1. Roques líquides
1.3 Formació del magma Es forma per 3 processos: 1. Augment de temperatura: per fregaments i descens de material (zones de subducció) 2. Descens de pressió: masses molt calentes i poc denses ascendeixen per fractures i es passa a l’estat líquid (dorsals, rift i Hot Spot) 3. Presència de fluids: en augmentar la pressió, en subduir-se el material, s’allibera aigua, aixó fa que disminueixi el punt de fusió de les roques continentals adjacents que es fonen (zones oceàcontinent) 7
1.3. FORMACIÓ DEL MAGMA per la formació dels magmes hi ha 3 mecanismes o processos possibles: Augment de la temperatura: descens de masses rocoses cap a zones més profundes, com per exemple, les zones subducció Descens de la Pressió: l’ascens cap a zones més superficial del mantell on hi ha corrents de convecció ascendents, es produeix el fenomen de la fusió. Exemple: dorsals, rifts, hotspots, falles profundes. Presència de fluids: la presència d’aigua entre mig dels silicats provoca la disminució del punts de fusió. Zones de subducció amb presencia d’aigua marina .
1.4. TIPUS DE MAGMA El magma es forma a diferents profunditats, en l’escorça o al mantell, i la seva composició varia en funció de la temperatura i pressió a la qual han estat sotmès. De forma general el magma es classifica segons el grau de sílice (element més abundant en l’escorça i mantell) present en la seva composició: MAGMA ÀCID: ric en sílice > 65% generat a poca profunditat laves viscoses i espesses que generen un vulcanisme explosiu MAGMA INTERMEDI: 50-65% de sílice MAGMA BÀSIC: 40-50% de sílice MAGMA ULTRABÀSIC: pobre en sílice <40% originat a grans profunditats laves fluides i poc viscoses que generen un vulcanisme efusiu
Lava viscosa Lava fluida
Per una altra banda, podem classificar el magma en funció del seu Origen MAGMA PRIMARI: conserven la composició de la roca original (poc freqüents) s’ha format durant el procès de formació de la Terra format per fusió posterior de materials terrestres Els magmes primaris es divideixen segons la seva zona de procedència en:
MAGMA PRIMARI
SÍLICE
ZONA PROCEDÈNCIA
Elevada
Fusió roques escorça continental
TOLEÍTICS (~30 Km) (ascens ràpid molta fusió)
Baixa
Dorsals oceàniques i punts calents Vulcanisme tranquil
ALCALINS (~60 Km) ascens lent poca fusió
Baixa
GRANÍTICS
BASÀLTICS
COMPOSICIÓ
CALCOALCALINS (+100 Km) Fusió escorça oceànica
Baixa
Na / K
Intraplaca i hot-spots Vulcanisme explosiu
Ca / Mg
Zones subducció Vulcanisme molt explosiu
MAGMES DERIVATS / SECUNDARIS: magma generat per la mescla, diferenciació o assimilació entre magmes primaris. MESCLA: barreja de dos o més magmes primaris DIFERENCIACIÓ: refredament lent del magma i canvi de composició ASSIMILACIÓ: reacció del magma amb altres roques i canvi de la composició original
4.1. Roques líquides
1.4 Tipus de magmes (segons el seu origen)
b) Magmes secundaris: els més abundants per què freqüentment hi ha processos de mescla, diferenciació o assimilació de roques envoltants * Mescla: dos o més cambres s’uneixen * Diferenciació: alguns minerals abans de sortir poden haver-se consolidat i no estiguin en el magma final. * Assimilació: el magma fon part de les roques encaixants incorporant-les al magma final que surt. 9
4.1. Roques líquides
1.5 Estructures originades pels magmes
Els components d’un magma quan augmenta la seva temperatura augmenten al seu volum i, en conseqüència, tenen tendència a ascendir
Factors a tenir en compte: 1. Profunditat: Com més fondària més pressió litosfèrica i més problemes per ascendir. 2. Presència de fractures: poden provocar un ascens molt ràpid 3. Viscositat: si és elevada l’ascens es fa més difícil. 10
4.1. Roques líquides
1.5 Estructures originades pels magmes Si les roques pugen lentament i abans d’arribar a la superfície ja s’han solidificat, s’anomenen roques intrusives i generen diferents formes: 1. Sills 2. Filó 3. Lacòlit 4. Batòlit o stocks (>100 km2)
11
1.5. ESTRUCTURES ORIGINADES PEL MAGMA la majoria de components del magma al estar fosos són MENYS DENSOS, fet que provoca que tinguin la capacitat d’ASCENDIR . Malgrat això hi ha factors que faciliten o dificulten aquests ascens: PROFUNDITAT i PRESSIÓ: ascensió lenta PRESÈNCIA DE FRACTURES: ascensió ràpida VISCOSITAT DEL MAGMA: ascensió lenta A l’ascendir el magma aquest es pot refredar i solidificar-se donant lloc a les ROQUES MAGMÀTIQUES O INTRUSIVES. En cas que no arribin a la superfície, el magma queda solidificat entremig i genera diverses estructures: DICS /SILLS / FILONS: solidificat dins de les esquerdes LACÒLITS: aprofita els estrats i es solidifica en forma de cúpula LOPÒLITS: aprofita els estrats i es solidifica en horitzontal BATÒLITS: masses grans de magma de forma globular
Dics o filons
! "#$! ! ! ! ! ! ! !
! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
4.2. Muntanyes de foc
1. Volcà actiu: emeten lava i gasos 2. Volcà apagat o dorment: pot entrar en erupció, en la cambra magmàtica encara hi ha material fos 3. Volcà extingit: en les seves càmbres ja no hi queda magma 12
2. ELS VOLCANS Un VOLCÀ és una obertura en l'escorça terrestre a través de la qual el magma pot arribar a la superfície. Aquesta obertura pot ser: PUNTUAL (ex: Teide): tenen una obertura més o menys circular FISSURAL (dorsal oceànica). obertura en forma d’esquerda de gran longitud Des d'un volcà són expulsats a l'exterior materials sòlids, líquids i gasosos, en proporcions diferents segons els tipus d'erupció i que formaran l’edifici volcànic. Un volcà pot presentar 3 possibles estats: ACTIUS: aquells que mostren activitat sísmica emeten gasos, lava APAGAT O DORMIT: aquells que fa temps que estant inactius però encara poden entrar en erupció EXTINGIT: ja no entrarà en erupció mai més
VOLCÀ PUNTUAL
VOLCÀ FISSURAL
2.1. ELEMENTS o PARTS D’UN VOLCÀ
4.2. Muntanyes de foc
2.1 Anatomia d’un volcà 1. Cràter: obertura superior per on surten els productes volcànics 2. Con volcànic: superposició de capes de material volcànic sòlid
4. Cambra magmàtica: espai on està el material fos i els gasos suportant una pressió i temperatura elevades
3. Con lateral o adventici 5. Xemeneia central o lateral: escletxa per on surt el material
13
2.2. PRODUCTES VOLCÀNICS 1. PRODUCTES SÒLIDS. Són fragments de lava llançats a l’aire que es solidifiquen total o parcialment en vol i que són conegudes en general com PIROCLASTS. Els piroclasts es divideixen en funció del seu tamany:
CENDRES (< 2mm): de poc pes poden quedar-se molt de temps a l’atmosfera impedint l’entrada de radiació solar. Produeixen terres fèrtils. Son part responsables de generar les COLUMNES ERUPTIVES.
LAPIL·LI o GREDES (entre 2 i 64 mm): material de mitjà tamany que s’acumula en el con volcànic.
BLOCS / BOMBES (> 64 mm): fragments grans de forma ovalada, rodona o fusiforme. Algunes d’aquestes bombes s’acaben de solidificar un cop han caigut, llavors prenen el nom d’ESCÒRIA.
4.2. Muntanyes de foc
2.2 Productes volcànics: Piroclasts (cendres)
3. Productes sòlids o piroclasts: • si són inferiors a 0,06 mm s’anomenen pols i poden romandre a l’atmosfera molts anys per ser coloïdals. • si són de textura argilosa < 0,2 mm poden ser tranportades pel vent a grans distàncies, enfosquir l’atmosfera, caure a determinats llocs i s’anomenen cendres o tephra 16
4.2. Muntanyes de foc
2.2 Productes volcĂ nics: Piroclasts (cendres)
En algunes ocasions es generen, per la gran quantitat de cendres i aigua, un nĂşvol ardent amb cendres incandescents que circulen per el pendent del volcĂ a uns 100-200 km/h que arrasen tot el que es troben
17
4.2. Muntanyes de foc
2.2 Productes volcànics: Piroclasts (cendres)
Lahar: són corrents de cendres i material volcànic que quan se saturen d’aigua (pluja, contacte amb llacs o neu fosa) descendeixen inundant grans espais. Poden ser molt destructius 18
4.2. Muntanyes de foc
2.2 Productes volcànics: Piroclasts (Lapil!li)
Lapilli: material piroclàstic de mida intermèdia (2-10 mm) que s’acumula no molt lluny del cràter, normalment forma part important del volcà. Pot emmagatzemar-se molt metres i és un recurs (gredes) doncs és un material amb sals, molt porós i amb capacitat de retenir aigua
19
4.2. Muntanyes de foc
2.2 Productes volcànics: Bombes volcàniques
Bombes: si són més grans de 50 mm. Si tenen un vol llar agafen formes aerodinàmiques o fusiformes. Si es solidifiquen en el terra es coneixen com escòria 20
VOLCÀ
CENTRAL
AMB
CENDRES
FORMANT LA COLUMNA ERUPTIVA
LAPIL·LI O GREDES.
BOMBES VOLCÀNIQUES
ACUMULACIÓ
DE
CENDRES
DEL VOLCÀ PINATUBO
2. PRODUCTES LÍQUIDS. Són les LAVES, magma que ha perdut la gran part dels gasos dissolts. La lava presenta diferents maneres de fluir en funció de la quantitat del seu contingut en silici (SiO2): quant major és el seu contingut, més espesses són les laves, solidificant ràpidament. les COLADES DE LAVA es desplacen des del cràter volcànic cap a la base de l’edifici volcànic, arrasant tot el que troba pel camí. Algunes laves
3. PRODUCTES GASOSOS. Són els GASOS expulsats a velocitats de centenars de km/h, i que arriben fins a l'estratosfera. Els principals gas és el H2O(v), però també cal destacar: CO2 / H2S HCl / SOx •
La acumulació de gasos pot ser que generin fractures en el con volcànic i surtin a l’exterior formant les FUMAROLES
4.2. Muntanyes de foc
2.2 Productes volcànics: Gasos La sortida de gasos és un indicador d’una propera explosió
2. Productes gasosos: En una explosió poden arribar els gasos fins l’estratosfera. Solen ser molt diversos i, a més de contenir diverses concentracions de vapor d’aigua entre 60-90%, contenen CO2, SH2, SO2, SO3 principalment
15
LAVA FLUIDA DEL VOLCÀ MANUA LOA (ILLES HAWAII)
FUMAROLES
4. ALTRES PRODUCTES-FENÒMENS MENYS HABITUALS.
NÚVOLS ROENTS o COLADES PIROCLÀSTIQUES: són mescles de gasos i cendres incandescents que cauen a les vessants del con a grans velocitats.
CORRENTS DE FANG o LAHAR: són esllavissades de fang i material piroclàstic mesclat amb aigua (pluja o neu) que es produeixen en els vessants dels volcans
COLADES PIROCLÀSTIQUES DEL VOLCÀ PINATUBO
2.3. ESTRUCTURES VOLCÀNIQUES VOLCANS D’ESCUT: laves fluïdes, colades de gran extensió, cons són extensos i de poca alçada. Els gasos es desprenen amb facilitat i s’originen poques cendres. VOLCANS COMPOST O ESTRATOVOLCÀ: viscositat mitjana, allibera lava i material piroclàstic. Edifici integrat per capes alternades dels 2 productes. CONS D'ESCÒRIES: lava molt viscosa que es solidifica en part, donant una costra, que és posteriorment destruïda per noves emissions de lava, que donen colades de molt curt recorregut. Els gasos trenquen aquesta lava pastosa, originant violentes explosions abundància de piroclasts i grans núvols de cendres. (Vulcano, Vesubio, Etna). DOM VOLCÀNIC: són de lava tan viscosa que es solidifica en la xemeneia del volcà formant un tap que, en ser empès pels gasos, forma una cúpula o dom que de vegades agafa forma d’agulla (“pitón”), fins que els gasos produeixen una enorme explosió. VOLCÀ AMB CALDERA: es tracta de d’una depressió central en forma circular (2-20 Km de diàmetre) que es forma en la part superior del volcà, degut a l’enfonsament de la cambra magmàtica després d’una gran erupció
4.2. Muntanyes de foc
2.3 Estructures volcàniques: (escut)
La forma d’un volcà depèn en gran manera de la viscositat del magma a) Volcà en escut: acumulació de colada de lava molt fluida
21
4.2. Muntanyes de foc
2.3 Estructures volcàniques: (estratovolcà) b) Volcà compost o estratovolcà: con integrat per superposició i alternança de capes de lava i piroclasts. Es forma en volcans de prolongada explosió i de lava neutre
22
4.2. Muntanyes de foc
2.3 Estructures volcàniques: (banyó o dom)
c) Volcà en dom o banyó: El magma és molt viscós i després de l’explosió solidifica en els eu interior i surt un dom àcid viscós. 23
4.2. Muntanyes de foc
2.3 Estructures volcàniques: (banyó o dom)
c) Volcà en dom o banyó: Amb freqüència la cambra es buida amb l’explosió i el sostre s’enfonsa deixant una depressió molt ample de forma circular o el!líptica amb forma de caldera.
24
MAUNA KEA, HAWAII
MONT FUJI JAPÓ
VESUBI ITÀLIA
MONT SANT HELENS
ANIAKCHAK ALASKA
Formació d’una caldera
2.4. FASES D’UNA ERUPCIÓ VOLCÀNICA Malgrat hi ha diferents tipus de volcans, tots presenten unes fases comunes en la seva activitat. Cal tenir present que l’activitat d’un volcà depèn de la viscositat del magma, així com dels gasos que porta dissolts. Fases de la dinàmica eruptiva: FASE INICIAL: emissió de gasos amb algun petit terratrèmol magmàtic FASE PAROXISMAL: gasos amb més violència, inici de les explosions i sortida de la lava (segons viscositat) FASE TERMINAL: les emissions i explosions són cada cop més petites, solen aparèixer les fumaroles.
2.5. TIPUS D’ERUPCIONS VOLCÀNIQUES El tipus d’erupció depèn de dos factors: la viscositat del magma a les proximitats de la superfície el contingut de productes volàtils. Les erupcions de magmes bàsics són: poc violentes, els materials són fluids, la lava flueix lliurement els gasos s'escapen amb facilitat, per la qual cosa no es produeixen explosions. Les erupcions de magmes àcids: els magmes àcids posseeixen una gran viscositat, solen taponar el cràter o dificultar la sortida de la lava els gasos que contenen provoquen erupcions explosives. L’abundància de gasos és qui determina l’explosivitat de les erupcions àcides i de composició intermèdia.
4.2. Muntanyes de foc
2.5 Tipus d’activitat volcànica
Per avaluar el risc es va fer un índex (IEV o VEI índex d’explosió volcànica) que és més alt com més sílice i aigua hi hagi. Per això es va tenir en compte: * volum de material emès * volum de piroclasts llançats * alçària de la columna eruptiva * durada de l’erupció
IEV
Denominació
Predomini en
Tipus d’edifici
les emissions
construït 0-1 1-2 2-4 4-8 5-8
Hawaiana Estromboliana Vulcaniana Pliniana Ultrapliniana
Colades de lava Piroclasts i colades Colades i piroclasts Núvols ardents Núvols ardents
Escut volcànic Con típic Volcà compost Dom (alt i vertical) 26 Caldera
Les erupcions volcàniques es poden classificar en quatre grups principals: EFUSIVES, O DE TIPUS HAWAIÀ. S'emeten elevades quantitats de lava, de manera continuada, sense explosions. Típic de magmes que tenen poc volàtils i poca sílice. EXPLOSIVES: es caracteritza per expulsió de forma violenta de magma. EXPLOSIVA MAGMÀTICA: magmes amb un gran contingut de volàtils (gasos) i més quantitat de sílice. TIPUS ESTROMBOLIÀ: Emissions de lava i explosions poc violentes. TIPUS VULCANIÀ: S’aboca lava espessa que dificulta la sortida de la lava i es produeixen fortes explosions. La columna eruptiva és inferior a 20 km. TIPUS PLINIÀ: La lava s'acumula a la sortida, a causa de la seva viscositat, i hi forma un tap. La pressió que exerceix la lava que puja provoca gran explosivitat i la formació de núvols ardents. La força de projecció es tan forta que la columna de gasos i piroclasts té forma de xampinyó i pot superar els 30 km. EXPLOSIVA HIDROMAGMÀTICA: es dona quan hi ha una interacció entre el magma i l’aigua. L’aigua pot ser superficial o subterrània. Activitat freàtica: l’alta temperatura del magma escalfa l’aigua d’un aqüífer i produeix l’explosió. Activitat freatomagmàtica: es dóna quan el magma té contacte directe amb l’aqüífer.
4.2. Muntanyes de foc
2.5 Tipus d’activitat volcànica: Hawaià
Lava fluida que s’alibera mansament. Nèixen en els fons oceànic 27
4.2. Muntanyes de foc
2.5 Tipus d’activitat volcànica: Hawaià
Forma volcà en escut
Hawai correspon a un Hot Spot fixe oceànic
28
4.2. Muntanyes de foc
2.5 Tipus d’activitat volcànica: Estrombolià
Lava menys fluides. Els gasos ja tenen alguns problemes per sortir i ho fa de forma més o menys contínua a la vegada que poden sortir a intèrvals piroclasts 29
4.2. Muntanyes de foc
2.5 Tipus d’activitat volcànica: Vulcanià
Lava poc fluida, els gasos ja surten en petites explosions que expulsen quantitats importants de cendres amb colades. 30
4.2. Muntanyes de foc
2.5 Tipus d’activitat volcànica: Plinià
La lava és tan viscosa que no corre sinó que tapona la sortida. Això genera fortes explosions amb molta sortida de material
31
4.2. Muntanyes de foc
2.5 Tipus d’activitat volcànica: Ultraplinià
Lava tan densa que sol explotar i s’enfonsa la cambra en buidar-se en molt poc dens 32
HAWAIIANA
ESTROMBOLIANA
MANUA LOA HAWAII
STROMBOLI ITÀLIA
PLINIÀ VULCANIANA
CERRO NEGRO NICARAGUA MONT PELEE ILLA MARTINICA MONT MAYON FILIPINES
ULTRAPLINIÀ
KRAKATOA INDONÈSIA
2.6. MANIFESTACIONS DEL VULCANISME ATENUAT Altres manifestacions relacionades amb I'activitat volcànica es donen durant els períodes intermedis entre les erupcions, i en zones en que antigament s'havien produït erupcions i on encara existeix activitat geotèrmica. Algunes d'aquestes manifestacions són: FONTS TERMALS: Emissions d'aigua calenta a la superfície. GUÈISERS: Surgències d'aigua calenta i de vapor d'aigua que s'emeten amb força. FUMAROLES: Sortides de gasos a través de fissures del sol. VOLCANS DE FANG: brollament de fang fluid i calent A Catalunya va haver-hi una intensa activitat volcànica durant el període Quaternari, però en I'actualitat no hi ha zones actives. Tanmateix, hi trobem manifestacions de vulcanisme atenuat, com les fonts termals localitzades en zones en que I'activitat geotèrmica és encara important; és el cas, per exemple, de les fonts de Caldes de Malavella (Selva), Caldes de Boí (Alta Ribagorça) i Caldes de Montbui (Vallès Oriental).
4.2. Muntanyes de foc
2.6 Altres fenòmens volcànics: Colades fissurals
La lava molt fluida surt al llarg de fractures (fins a 25 km de llargada i 15m d’amplada). Típic d’Islàndia
33
4.2. Muntanyes de foc
2.6 Altres fenòmens volcànics: Hidrofreàtics Quan hi ha entrada d’aigua a la cambra o aquesta entra en contacte amb una massa important d’aigua, aquesta s’evaporitza i s’afageix a la pressió dels gasos provocant fortes explosions. Cas del Krakatoa
34
4.2. Muntanyes de foc
2.7 Vulcanisme atenuat: fonts termals
Lâ&#x20AC;&#x2122;aigua freĂ tica escalfada sorgeix en algun punt 35
FONTS TERMALS
4.2. Muntanyes de foc
2.7 Vulcanisme atenuat: Fumaroles
CrĂ ters amb sortida de gasos rics en CO2 i Ă&#x2019;xids de sofre 37
4.2. Muntanyes de foc
2.7 Vulcanisme atenuat: Fumaroles marines
L’aigua escalfada sorgeix amb una quantitat elvada de compostos sulfurats que permet una vida microbiana peculiar i altres organismes que viuen d’aquesta font d’energia 38
FUMAROLES
4.2. Muntanyes de foc
2.7 Vulcanisme atenuat: Guèisers
Fonts periòdiques de vapor d’aigua que bulleig. En omplenar-se la cavitat l’aigua va augmentant de temperatura fins que la part inferior es converteix en gas i expulsa l’aigua de la cavitat.
36
GUÈISER
4.2. Muntanyes de foc
2.7 Vulcanisme atenuat: Bombolles de fang L’alta temperatura fon el material argilós superior i apareixen bombolles o volcans de fang
39
FANG BULLINT
2.7 VULCANISME I TECTÒNICA DE PLAQUES. L’activitat volcànica es produeix principalment als límits de les plaques divergents i convergents, i en un grau molt més petit a l’interior d’algunes plaques oceàniques i continentals.
animacions