Christian W Romero CPetrologa gnea.EPN 2015PETROLOGA GNEA.CONTENIDO:

1.1. INTERIOR DE LA TIERRA:21.1.1 CORTEZA:41.1.1.1. LA CORTEZA OCENICA:41.1.1.2. LA CORTEZA CONTINENTAL:41.1.2. MANTO:41.1.3. NCLEO:51.2. ANLISIS DE ONDAS SSMICAS.51.3. ELEMENTOS MS COMUNES EN LA COMPOSICIN DE LA MASA DE LA TIERRA.71.4. EL GRADIENTE DE PRESIN.71.5. FUENTES DE CALOR PROVENIENTES DEL PLANETA TIERRA.81.6. TRANSFERENCIA DE CALOR81.6.1. RADIACIN.81.6.2. CONDUCCIN.81.6.3 CONVECCIN.81.7. EL GRADIENTE GEOTRMICO91.8 MODELAMIENTO 2 D DEL GRADIENTE GEOTERMICO .141.9. MOLDEAMIENTO 3D DEL GRADIENTE GEOTRMICO.151.10. PLACAS TECTNICAS151.11. TECTONICA DE PLACAS.161.12 LA DINMICA DEL MANTO161.13. PLACA TECTNICA - GNESIS DE ROCAS GNEAS.17

NDICE DE FIGURAS:FIGURA 1: SNTESIS ESQUEMTICA DE LAS DIFERENTES CAPAS QUE CONFORMAN LA TIERRA.2FIGURA 2: LAS PRINCIPALES SUBDIVISIONES DE LA TIERRA2FIGURA 3: MODELO ESTTICO VS MODELO CINTICO3FIGURA 4: CORRIENTES DE CONVECCIN EN EL MANTO Y NCLEO EXTERNO.4FIGURA 5: MODELO ESTATICO: DIVISION DE LA TIERRA.5FIGURA 6: VARIACIN DE LAS VELOCIDADES P Y ONDAS S CON LA PROFUNDIDAD.6FIGURA 7: FIGURA 1.5 ABUNDANCIAS ATMICAS RELATIVAS DE LOS SIETE ELEMENTOS MS COMUNES .7FIGURA 8: VARIACIN DE PRESIN CON LA PROFUNDIDAD.8FIGURA 9: GRAFICA PROFUNDIDAD VS TEMPERATURA.9FIGURA 10: GRAFICA PROFUNDIDAD VS TEMPERATURA. (LITOSFERA CONTINENTAL).10FIGURA 11: LITOSFERA DELGADA VS LITOSFERA GRUESA.10FIGURA 12: PROFUNDIDAD VS TEMPERATURA VS PRESIN11FIGURA 13: ESTIMACIN DEL GRADIENTE GEOTRMICO DESDE SUPERFICIE AL CENTRO DE LA TIERRA.12FIGURA 14: CONTORNOS DE TEMPERATURA CALCULADOS PARA UNA PLACA OCENICA:13FIGURA 15: PATRN DE VARIACIONES EN EL FLUJO DE CALOR MUNDIAL.14FIGURA 16: SECCIN TRANSVERSAL DE LA CAPA BASADA EO DE TOMOGRAFA SSMICA.14FIGURA 17: MOLDEAMIENTO 3D, ESTRUCTURA ESFRICA GEOTRMICA DEL PLANETA.15FIGURA 18: PLACAS TECTNICAS EN FUNCIN DEL GRADIENTE GEOTRMICO15FIGURA 19: SLAB PULL STRONGER TAN RIDGE PUSH16FIGURA 20: DIAGRAMA ESQUEMTICO DE UN MODELO DINMICO DEL MANTO16FIGURA 21: ESQUEMA DE LA TECTNICA DE PLACAS EN FUNCIN LA GNESIS DE ROCAS GNEAS.17

1. GENERALIDADES:

En el siguiente captulo se analizara de manera rpida, las ms importantes generalizaciones de conceptos bsicos que en los posteriores captulos nos servirn como fundamentos ya conocidos.

1.1. INTERIOR DE LA TIERRA:

FIGURA 1: SNTESIS ESQUEMTICA DE LAS DIFERENTES CAPAS QUE CONFORMAN LA TIERRA.En la figura se observa en funcin de la profundidad las capas ms superficiales de la tierra.

FIGURA 2: LAS PRINCIPALES SUBDIVISIONES DE LA TIERRA. WINTER (2001) AN INTRODUCTION TO IGNEOUS AND METAMORPHIC PETROLOGY. PRENTICE HALL

En la figura se observa en funcin de la profundidad la divisin de capas del modelo esttico del planeta.

FIGURA 3: MODELO ESTTICO VS MODELO CINTICO

FIGURA 4: CORRIENTES DE CONVECCIN EN EL MANTO Y NCLEO EXTERNO.1.1.1 CORTEZA:

1.1.1.1. LA CORTEZA OCENICA:

Tiene un espesor de 10 [km] aproximadamente, es caracterstica que esta regin presente: Estratigrafa relativamente uniforme, en general se trata de una Serie ofiolitica: formada por: sedimentos (continentales, ocenicos), basaltos en forma de almohadillas (Pillow lavas), diques entoldados (divididos en capas, fisurados, principalmente por fallas), gabros masivos y rocas ultramficas (procedentes del manto).

1.1.1.2. LA CORTEZA CONTINENTAL:

En relacin a la corteza continental su espesor es ms grueso: 20-90 [km], en promedio ~ 35 [km]. Su composicin es muy variable en Promedio ~ granodiorita.

1.1.2. MANTO:

En promedio: hasta los 60 [km] se detecta la corteza, de 60 [km] a 220 [km] se reconoce el manto superior que est compuesto por Peridotita (roca ultramfica de composicin: olivino espinela). De 220 [km] a 410 [km] se tiene una zona de transicin compuesta de la roca ultramafica (Perovskita: composicin espinela del tipo SIVI - SIVI). De 660 [km] a 2898 [km] se encuentra el manto inferior.

La velocidad de las ondas P: en el manto superior es de unos 7.9 a 8.2 km/s, y su densidad es de unos 3.3 g/cm, en promedio. El manto en profundidad tiene una densidad de unos 5.5 g/cm y una velocidad de las ondas P de unos 10.5 km/s.

El manto superior presenta velocidades de onda P bajas a 220 [km], se incrementan rpidamente en la zona de transicin hasta 410 [km], luego se presenta un incremento gradual en el manto inferior, entre los rangos de velocidades anteriormente establecidos.

FIGURA 5: MODELO ESTATICO: DIVISION DE LA TIERRA.

1.1.3. NCLEO:

Est formado de una aleacin metlica Fe-Ni, hay que considerar que el ncleo externo es lquido, no se registran ondas S, es importante la idea de que el ncleo interno es slido.

1.2. ANLISIS DE ONDAS SSMICAS.

FIGURA 6: VARIACIN DE LAS VELOCIDADES P Y ONDAS S CON LA PROFUNDIDAD:Subdivisiones de composicin de la Tierra estn a la izquierda (clasificacin geoqumica), subdivisiones geolgicas a la derecha (clasificacin geofsica). Kearey y Vine (1990), Global Tectnica. Blackwell Scientific. Oxford.Descripcin de la grafica:

Si se relacionan ambas clasificaciones tanto geoqumicas y geofsicas, en funcin de la profundidad se puede establecer que: la corteza se relaciona con la litosfera, el manto est compuesto por la astenosfera y la mesosfera, el ncleo externo es lquido y el ncleo interno es slido.

Con respecto a la onda S, se analiza su velocidad, su velocidad en los primeros 1000 [km] aumenta intermitentemente, mientras que crece gradualmente hasta aproximadamente 3000 [km] profundidad correspondiente al lmite manto ncleo externo. Este es un argumento para afirmar que el ncleo externo es lquido.

Con respecto a la onda P, se analiza su velocidad, en cada capa y al atravesar estas capas: en la primera capa la litosfera esta velocidad permanece constante, al entrar a la segunda capa, manto superior, su velocidad decrece para luego aumentar rpidamente en la transicin entre el ncleo superior e inferior, luego su velocidad incrementa gradualmente en el manto inferior. En general en la mesosfera esta velocidad se incremente proporcionalmente. En el lmite entre el manto y el ncleo superior esta velocidad decrece linealmente, para al atravesar esta capa aumentar rpidamente, esta lectura confirma que el ncleo exterior es una fase liquida. En el lmite entre el ncleo superior e inferior esta velocidad incrementa, al atravesar esta ultima capa la velocidad de esta onda se vuelve a incrementar.

1.3. ELEMENTOS MS COMUNES EN LA COMPOSICIN DE LA MASA DE LA TIERRA.

FIGURA 7: FIGURA 1.5 ABUNDANCIAS ATMICAS RELATIVAS DE LOS SIETE ELEMENTOS MS COMUNES QUE COMPONEN EL 97% DE LA MASA DE LA TIERRA. Una introduccin a lagneas y metamrficasPetrologa,porJohn Winter, PrenticeHall.

El 97 por ciento de la masa de la tierra est compuesto de 7 elementos: Fe, O, Si, Mg, S, Al y Ca, los valores en porcentaje se expresan en la grafica. Estos elementos se combinan para formar los diferentes minerales existentes.

1.4. EL GRADIENTE DE PRESIN.

La Presin se incrementa segn su definicin: pgh, casi lineal a travs del manto aproximadamente a 30 MPa / km luego a 1 GPa en la base de la corteza posteriormente en el ncleo: la presin incrementa ms rpidamente desde la aleacin ms densa.

FIGURA 8: VARIACIN DE PRESIN CON LA PROFUNDIDAD.De Dziewoski y Anderson (1981). Phys. Planeta Tierra. Int., 25, 297-356. Elsevier Science.

1.5. FUENTES DE CALOR PROVENIENTES DEL PLANETA TIERRA.

Todava llega lentamente a la superficie de la tierra.El calor liberado por la descomposicin radiactiva de los nucleidos inestables. El calor de la acrecin temprana y la diferenciacin de la Tierra:

1.6. TRANSFERENCIA DE CALOR

1.6.1. RADIACIN. Requiere medio transparente,Las rocas no son (excepto tal vez a gran profundidad)

1.6.2. CONDUCCIN. Las rocas son malos conductores, muy lentas

1.6.3 CONVECCIN. Movimiento de materiales esto representa que se requiere de ductilidad.El calor induce la expansin y la flotabilidad. Es mucho ms eficiente que la conduccin.

1.7. EL GRADIENTE GEOTRMICO

FIGURA 9: GRAFICA PROFUNDIDAD VS TEMPERATURA.

La figura muestra una seccin transversal esquemtica de la parte superior de la tierra (de 200[km] a 300 [km]), en funcin de los gradientes geotrmicos, estos reflejan: que es ms eficiente la adiabtica de conveccin de calor en la astenosfera mvil y la transferencia de calor por conduccin menos eficiente a travs de la ms rgida litosfera

La adiabtica de conveccin de calor representa el contenido de calor constante. En la grafica el gradiente ms pronunciado en se representa en azul y el gradiente ms bajo en rojo.

La capa lmite es una zona a travs de la cual el mecanismo de transicin y transferencia de calor se produce en forma alternada (en verde). El espesor de la capa lmite se ha exagerado para mayor claridad: es probable que sea menos de la mitad del espesor de la litosfera.

En promedio el gradiente continental es mayor que el gradiente ocenico, esto se debe a la disminucin de temperatura en los fondos ocenicos. En el futuro a menudo vamos a utilizar valores medios en lugar de los rangos

FIGURA 10: GRAFICA PROFUNDIDAD VS TEMPERATURA. (LITOSFERA CONTINENTAL).

FIGURA 11: LITOSFERA DELGADA VS LITOSFERA GRUESA.

A la izquierda de la grafica se tiene una litosfera ms gruesa en relacin a la derecha de la grafica, luego se observa que la conductividad geotrmica en la litosfera ms gruesa tiene una mayor pendiente que en la litosfera ms delgada, alcanzando diferentes valores en la zona de transicin, ambas tienen la misma pendiente cuando llegan a la astenosfera. En conclusin de esta grafica se puede afirmar que la litosfera ms fina permite la transferencia de calor por conveccin a profundidades menores, resultando en un gradiente geotrmico ms alto a travs de la capa lmite y la litosfera.

TP es la temperatura potencial. Se permite una comparacin estimada de temperaturas a la profundidad de una localidad a otra. Debido a que la temperatura vara con la profundidad, se debe seleccionar un punto de profundidad de referencia. En este caso se eligi la superficie. Uno simplemente extrapola adiabticamente de la T y P en cuestin a la superficie.

FIGURA 12: PROFUNDIDAD VS TEMPERATURA VS PRESINEn la grafica se observan: las estimaciones de geotermas ocenicas (curvas azules) y geotermas de escudo continental (curvas rojas) a una profundidad de 300 km. Se observan varios ambientes geotrmicos, se tiene en todos los ambientes, una constante con ambas geotermas la pendiente en ambas aumenta en temperatura y en presin, en un inicio con pendientes menores que las pendientes con las que las geotermas llegan a la astenosfera. Las geotermas de escudo continental aproximadamente a 20 [km], 400 C y 1 [GPa] incrementa dramticamente su pendiente. Las geotermas de litosfera ocenica incrementan su pendiente aproximadamente a 100 [km], a 1400 C y a mas de 3[GPa]. Este incremento dramtico de la geotermia indica el cambio de forma en la que el calor se transmite de una partcula a otra dentro de un medio.

FIGURA 13: ESTIMACIN DEL GRADIENTE GEOTRMICO DESDE SUPERFICIE AL CENTRO DE LA TIERRA.Se muestra una grafica de profundidad en funcin de temperatura, en el cual la profundidad ha sido categorizada en 3 espacios, de o a 3000 [km], de 300 a 5000[km], y superior a 5000 [km], estas tres capas corresponden tanto a corteza y manto como al ncleo externo e interno, en la corteza la curva describe una pendiente casi horizontal con un bajo ngulo de inclinacin, a partir de cierta profundidad la pendiente de dicha curva de pendiente positiva que se hace casi vertical lo que indica un rpido incremento, un medio dctil, en el gradiente geotrmico, mediante un buen sistema de transferencia de calor, a pocos Km de llegar al lmite con el ncleo externo, la curva decrece poco a poco, lo que indica el cambio de medio, de un ambiente dctil a un ambiente fluido, en el ncleo externo la curva describe una pendiente positiva, muy vertical, en general la temperatura se incrementa en funcin de la profundidad.

FIGURA 14: CONTORNOS DE TEMPERATURA CALCULADOS PARA UNA PLACA OCENICA:En la figura se muestra una grafica en la cual se expresan profundidad y presin en funcin de una edadUna placa se genera en una dorsal ocenica, se tiene que: los valores ms bajos tanto en engrosamiento (profundidad en este caso), como para presin corresponden bajas edades, luego se tiene que los valores de mayor profundidad como mayor presin corresponden edades ms antiguas. Se puede concluir en el mecanismo de generacin de una placa ocenica: la edad de esta placa es directamente proporcional a su profundidad, y a la presin que esta ejerce en sus estratos. A mayor profundidad mayor presin, esto es correcto, el espesor de una placa ocenica depende de su edad.

1.8 MODELAMIENTO 2 D DEL GRADIENTE GEOTERMICO .

FIGURA 15: PATRN DE VARIACIONES EN EL FLUJO DE CALOR MUNDIAL compilado a partir de observaciones en ms de 20,000 sitios y model en una expansin armnica esfrica a grado 12. De Pollack, Hurter y Johnson. (1993) Rev. Geophys. 31, 267-280.En la siguiente figura se muestra la seccin transversal de la capa basada en un modelo tomografa ssmica. Las flechas representan movimientos de las placas y el flujo del manto a gran escala y las zonas de subduccin representados por inmersin de segmentos de lnea. EPR = - Rise Pacfico Oriental,MAR = Mid-Atlantic Ridge, CBR = Carlsberg Ridge. Platos: EA = Eurasia, EN = indio,PA = Pacfico, NA = Amrica del Norte, SA = Sudamericana, AF = frica, CO = Cocos.

FIGURA 16: SECCIN TRANSVERSAL DE LA CAPA BASADA EO DE TOMOGRAFA SSMICA.De Li y Romanowicz (1996). J. Geophys. Research.1.9. MOLDEAMIENTO 3D DEL GRADIENTE GEOTRMICO.

FIGURA 17: MOLDEAMIENTO 3D, ESTRUCTURA ESFRICA GEOTRMICA DEL PLANETA.Se observan 3 gamas de colores los colores rojizos representan las zonas de gradiente ms altas como son las celdas de conveccin, los puntos calientes, entre otros, las zonas mas fras como las dorsales y fondos marinos se representan con las gamas azules.

1.10. PLACAS TECTNICAS

FIGURA 18: PLACAS TECTNICAS EN FUNCIN DEL GRADIENTE GEOTRMICO: cool plume que descienden de una capa lmite superior se enfri en un tanque de aceite de silicona.

El enfriamiento es un mecanismo que permite mantener un planeta caliente. Mecanismo: Si la viscosidad es suficientemente baja, se dice que existen plumas (representadas en azul), estas descienden, es decir la capa superior se enfra: es una forma de conveccin, pero el manto superior es demasiado viscoso para este entonces las losas se despegan y descienden a travs de su medio. 1.11. TECTONICA DE PLACAS.

FIGURA 19: SLAB PULL STRONGER TAN RIDGE PUSH"Slab Pull" es, pues, mucho ms efectivo que "Push Ridge" Pero ambos son malos trminos representan un "tirn de losa" esto es realmente una fuerza corporal gravedad que acta sobre toda la losa compacta y densa Si cuando se habla de tectnica de placas se habla de unidades de conveccin entonces la tectnica de placas es la conveccin del manto? pero hay que considerar que el ncleo, sin embargo, se enfra por conveccin ms vigoroso que calienta la base del manto por conduccin e inicia las plumas (viscosidad baja).

1.12 LA DINMICA DEL MANTO

FIGURA 20: DIAGRAMA ESQUEMTICO DE UN MODELO DINMICO DEL MANTOUna pregunta muy importante es: Es la 670 kilometros transicin una barrera a la conveccin de todo el manto?Puede Ser?Parcialmente?No?

Diagrama esquemtico de un modelo dinmico del manto se presentan 2-capa en la que el 660 kilometros de transicin es una barrera de densidad suficiente para separar la conveccin del manto inferior (flechas representan los patrones de flujo) del flujo manto superior, en gran medida una respuesta a la separacin de las placas. Las nicas cosas importantes que pueden penetrar esta barrera son plumas ascendentes de hotspot y litosfera subducida (que se hunden para incorporarse en la capa D " en los que pueden ser calentados por el ncleo y regresan como plumas). Plumas en ncleo representan conveccin relativamente vigorosa (vase el Captulo 14 de Silver et al. 1988).

1.13. PLACA TECTNICA - GNESIS DE ROCAS GNEAS.

1. Dorsales ocenicas.2. Rift Intracontinentales 3. Arco de islas.4. Los mrgenes continentales activos.5. Cuencas trans arco.6. basaltos Ocano Island7. Varios Actividad Intracontinentaleskimberlitas, carbonatitas, anortositas ...

FIGURA 21: ESQUEMA DE LA TECTNICA DE PLACAS EN FUNCIN LA GNESIS DE ROCAS GNEAS.