245 ALEJANDRO TOSELLICapitulo 13Magmatismo de
intraplacaIntroduccinEste tipo de volcanismo se produce dentro de
las placas tectnicas, tanto continentales como ocenicas, lo que
hace difcil su relacin con la tectnica de placas (Fig.
13-1).LasislasHawaiproporcionanunejemploespectaculardelaactividadmagmticade
intraplaca, que muestra desde islas con volcanes activos, hasta el
otro extremo de la cadena con islas volcnicas de actividad ya
extinguida y montes volcnicos submarinos en crecimiento, que pueden
ser explicados en trminos del moimiento de la placa Pacca que se
desplaza sobre un punto caliente estacionario, situado por debajo
de la placa. La fusin parcial de esa pluma de manto ascendente, que
se produce por descompresin
adiabtica,generamagmasquevarandesdebasaltostoleticosaalcalinosynefelinitas,
dependiendo de la profundidad de generacin y el grado de fusin
parcial, as como de la composicin y mineraloga de la fuente
mantlica.Fig. 13-1. Distribucin de puntos calientes en placas
oceanicas y continentales. ,modicado \ilson 1991,.Fig. 13-2. Modelo
de punto caliente en la generacin en cadenas de islas olcanicas
lineales. ,modicado \ilson 1963,.Miscelanea 18: 245-256Llementos
basicos de petrologa gnea1ucuman, 2010 -ISSN 1514 - 4836 - ISSN
on-lineISSN 1668 - 3242 MAGMATISMO DE INTRAPLACA 246Se ha sugerido
que los perodos de mayor actividad magmtica de las kimberlitas,
podra
estarasociadoconpuntoscalientesenlasplacascontinentales.Ladistribucinglobalde
puntos calientes en el manto, se interpreta como otro modo de
conveccin mantlica, que no es uniforme y que muestra particular
concentracin en la placa Africana.Islas
OcenicasDentrodelascuencasocenicasseencuentrannumerososmontessubmarinoseislas
volcnicas que ocurren lejos de los bordes de placas y que se
denominan de
intraplaca.Losmontessubmarinos(seamounts)sonestructurasvolcnicassubmarinas,
morfolgicamentesimilaresalosvolcanesdeescudosub-areos,loscuales,obiennunca
alcanzaronelnieldelmarobienhansidoerosionados,osehanhundido.Aquellosque
emergenoestnprximosalniveldelmar,generalmentedesarrollanarrecifesdecoralsi
estn en reas tropicales, los cuales cuando se hunden reciben el
nombre de guyots.Batiza ,1982, sugiere que estas estructuras
olcanicas se localizan preerentemente a lo
largodezonasderacturas,lascualesproeeranlosconductosquepermitiranelpasaje
del magma hacia la supercie. Ln el Atlantico las islas olcanicas
ocurren como estructuras simples o pequeos grupos, asociados a
dorsales submarinas no-ssmicas; mientras que en la cuenca oceanica
Pacca, que es de rapida distensin, ellos se presentan en cadenas
lineales,
comolasislasIawai.Llmodeloinolucraunauentedemagmajoenelmanto,punto
caliente o pluma de manto, sobre el que la placa oceanica se
desplaza ,lig. 13-2,.Mientras que los puntos calientes como modelo
de volcanismo de intraplaca es el modelo
masatractio,otrosautoresproponenotrasexplicaciones.1urcotteyOxburgh,198,,
relacionan el origen de las cadenas lineales de cadenas de islas,
al desarrollo y propagacin de fracturas causadas por tensiones de
intraplaca y al movimiento de las placas litosfericas.
Aquseadoptaelmodelodepuntocalientede\ilson,paraexplicarelolcanismo
global ocenico de intraplaca, para lo que se debe suponer el
ascenso de material de manto caliente, con dimensiones,
temperaturas, velocidades de ascenso y caracteres qumicos que no
son posibles de deducir por observaciones geolgicas o geofsicas
directas. Estos puntos calientes representan un modo de conveccin
del manto que an es materia de especulacin.Procesos de fusin
parcialLa fusin parcial en el manto, por debajo de las islas
ocenicas, se da en respuesta a la
descompresinadiabticadelaplumaycomponentesastenosfricosdurantesuascenso.
Tales procesos de fusin involucran:a. La composicin
qumica,elementos mayores y trazas e istopos de Sr, Nd, Pb, de los
basaltos primarios de las islas ocenicas, tanto toleticos como
alcalinos.b. La mineraloga y composicin qumica de la fuente
mantlica.c. El grado de fusin parcial.d. El mecanismo de fusin
parcial.e. La proundidad del comienzo de la usin y de segregacin de
los magmas.f. La importancia de las diferentes fuentes de manto, ya
sea de una pluma, astensfera deprimida o litosfera ocenica.24
ALEJANDRO TOSELLILa distancia que separa a las islas ocenicas de
las placas continentales, junto al espesor
delacortezaoceanica,hacenimprobablelacontaminacincorticaldelosmagmas.As
lacomposicingeoqumicadelosbasaltosprimitiosrenejaranlamineralogayqumica
delafuente,ascomolatemperatura,presinyfugacidaddeoxgenodurantelafusin
parcial ,olumen de usin parcial y posterior cristalizacin
raccionada, en el camino a los reservorios someros. Los magmas con
caracteres casi primarios, tienen alto MgO, Ni y Cr, y son
erupcionados con frecuencia en las islas ocenicas, indicando que
dichas composiciones son poco modicadas por procesos de
cristalizacin raccionada a baja presin. El estudio de este
volcanismo, muestra que las erupciones son tanto de basaltos
toleticos
comoalcalinos.Losdostiposcorrespondenamagmasprimariosderivadospordiferente
fusinparcial,desdeunafuentemantlicahomognea,obiencorrespondenafuentes
diferentes. Algo similar ocurre con las relaciones de elementos
incompatibles (K/Ba, K/Rb, Zr/Nb) y con las relaciones isotpicas de
Sr, Nd y Pb, que indicaran derivacin desde una fuente relativamente
homognea.Losestudiosexperimentalesindicarancondicionesdeusinparcialdelherzolitas
con espinela. Para los basaltos de Hawai, los fundidos parciales
por debajo de 15 kbar son
toleticos,volvindosepicrticosconmayorvolumendefusin.Apresionesentre15y25
kbarellossonbasaltosolivnicoalcalinosysevuelventoleticosconelincrementodela
fusinparcialyapresiones>25kbar,seformanpicritasalcalinas,quecambianapicritas
toleticas con el aumento de la fusin. Esto indicara que los magmas
primarios alcalinos y toleticos se generaran desde la misma fuente,
por variacin del volumen de fusin y de la profundidad.Tabla 13-1.
Dierencias petrogracas entre los basaltos toleticos y
alcalinos.MAGMATISMO DE INTRAPLACA 248Cmaras de magma en altos
nivelesLos reservorios ubicados por debajo de los volcanes de islas
ocenicas activas consisten esencialmente en complejos
interconectados de diques, lones capa y camaras magmaticas,
situadasamenosdekm.Lnestosreserorioslosbasaltostoleticosyalcalinossuren
cristalizacin raccionada, contaminacin cortical y mezcla de magmas.
Lidencias directas de la importancia de la evolucin geoqumica que
sufren los magmas es la buena correlacin linear de los elementos
mayores y trazas en los diagramas de ariacin. Ademas, los basaltos
alcalinos arrastran a la supercie una ariedad de xenolitos
correspondientes a rocas plutnicas, que corresponden a gabros,
dunitas, piroxenitas y wherlitas, como as tambin pero en menor
grado sienitas y granitos. Ln Iawai los basaltos alcalinos
arrastran xenolitos ultramacos que incluyen lherzolitas espinlicas
y raramente con granate, que indican proundidades de 60-80 km, que
corresponde a la zona de segregacin magmatica.Los sistemas de
cmaras magmticas de alto nivel en los volcanes de islas ocenicas,
se sitan dentro de secuencias de rocas volcnicas previamente
erupcionadas, con las cuales se
contaminan,hacencrecereledicioolcanico.Lasasessubmarinastempranassealteran
por el agua de mar, la que produce cambios en las relaciones de
istopos 8Sr/86Sr y 18O,16,
yporendevariacionesisotpicasenlosOIBysufrencontaminacinconlossedimentos
ocenicos.Asimismoenestossistemasmagmaticos,dosomasmagmaspuedenmezclarsepara
formar un fundido hbrido. Tales procesos son importantes en la
petrognesis de los volcanes de islas ocenicas y pueden ocurrir en
los reservorios someros de magma.Petrografa de las rocas volcnicas
de islas ocenicasLas islas ocenicas estn esencialmente formadas por
basaltos toleticos y alcalinos.Fig. 13-3. Diagrama lcalis vs.
slice, mostrando las diferencias entre series toleiticas y las
alcalinas.249 ALEJANDRO TOSELLILa espinela es comn en ambos tipos,
pero su composicin es muy variable. La plagioclasa es
engeneralmscomncomofenocristales
enlostoleticos,queenlosalcalinosyestos ltimos son ms ricos en K2O.
Las fases hidratadas (anfbol y biotita) estn ausentes en las
toleitas, indicando baja concentracin de voltiles en los magmas,
pero en contraste el anfbol kaersutita es comn en los basaltos
alcalinos. Es interesante resaltar que los xenolitos de baja presin
dentro de los basaltos suelen contener abundante anfbol, esta
aparente discrepancia de la inestabilidad del anfbolaprofundidades
someras (30) y pueden ser usadas para demostrar mezcla en la uente
mantlica.El Ni es un indicador del fraccionamiento del olivino en
los magmas baslticos porque tiene alto coeciente de particin
undido-mineral. Los OIB muestran buenas correlaciones entre Ni y
MgO, indicando la importancia del fraccionamiento-acumulacin del
olivino. El Cr tambin se correlaciona con el MgO, debido a la
cristalizacin concurrente de oliino y espinela rica en Cr. En
general los OIB alcalinos estn deprimidos en Ni y Cr, en relacin a
los OIB toleticos y MORB, lo que indicara cristalizacin raccionada
a alta presin en el camino hacia la
supercie.LoselementosdetierrasrarasmuestranpatronescaractersticosenlosOIB,y
enriquecimiento de tierras raras livianas en relacin a las pesadas
(Fig. 13-8), variando segn se trate de basaltos toleticos o
alcalinos, normalizados a condrito. 1al comportamiento de las
tierras raras, es a consecuencia de su derivacin desde una fuente
de manto deprimido.Fig. 13-5. Variacin de Al2O3, TiO2 y MgO vs.SiO2
para volcanitas de Ascensin.MAGMATISMO DE INTRAPLACA 252Fig.
13-6.Variacin de Al2O3, MgO, TiO2 y P2O5 vs. SiO2 para la isla
Gough.Fig. 13-7. Variacin de Ba y Sr (ppm) vs. SiO2 ,, para la isla
Gough.Tabla13-3.AbundanciadeelementostrazasenMORB,basaltosdorsalesmediooceanicas,,toleitasdeislas
ocenicas (TIO) y basaltos alcalinos de islas ocenicas (OIBA).253
ALEJANDRO TOSELLIIstopos radiognicosEl estudio de los istopos
Sr-Nd-Pb de los MORB erupcionados en las dorsales ocenicas
delAtlanticoydelPaccoOrientalmuestranbuenacorrelacinlinealenlasrelaciones
20Pb/204Pbversus 206Pb/204Pb; 8Sr/86Srversus 206Pb/204Pby
8Sr/86Srversus 143Nd/144Nd. Lsto se interpreta en uncin de mezclas
entre dos componentes dierentes del manto por debajo de las
dorsales. Un componente es la astenosfera convectiva deprimida, con
menos Pb y Sr radiognicos e istopos de Nd ms radiognicos, conocido
como manto deprimido. Ll otro componente son las burbujas del
material uente de los OIB, caracterizados por el mayor contenido de
Pb y Sr radiognicos, y menos Nd radiognico.Fig. 13-8. Abundancia de
tierras raras normalizado a condrito, para MORB tipos N y
P.LadiferenciacindelmantodelaTierrapuedeserdescriptacomountransporte
unidireccionaldematerial,desdeunaporcindemanto(primordial?)inicialmente
homogneo,hacialalitosfera.EstoimplicaquelasheterogeneidadesisotpicasenSr,Nd
y Pb en los basaltos oceanicos jenes no contaminados, son el
resultado de mezclas entre regiones del manto que han sufrido
diferentes extracciones en el curso del tiempo geolgico.
Talmodeloseoriginsobrelabasedeinterpretarlascorrelacionesde
8Sr/86Srversus
143Nd/144Nddelosbasaltosocenicos,enlosqueunmiembroextremocorrespondeaun
MORB-N de fuente astenosferica deprimida, y el otro extremo
corresponde a material de manto prximo a la composicin primordial,
que no habra sufrido ninguna extraccin de magma.La usin parcial de
un reserorio de manto primordial con Nd~0, produce un residuo
deprimidoenNdconrespectoalSmyelsubsecuentedecaimientoradiactivodel
14Sm, genera un manto deprimido con Nd0 ,lig. 13-9,.Los datos
isotpicos de Pb para el MORB y OIB, se vuelven ms claros en los
modelos de diferenciacin de la Tierra, que involucran transporte
bidireccional de material, que incluye el reciclaje de materiales
derivados del manto por subduccin de litosfera ocenica. El Pb est
altamente deprimido en el manto superior, siendo contaminado por Pb
proveniente de los sedimentos oceanicos deriados de la corteza
continental, que incorporan U de deriacin MAGMATISMO DE INTRAPLACA
254cortical. Por esta razn los istopos de Pb son los trazadores mas
sensibles de procesos de mezcla en la uente de los OIB. Ln la lig.
13-10, los datos de las islas de ocano Atlantico,
Discovery,GoughyTristandaCunha,seproyectanmsprximasalageocrona,quelas
islas del Atlantico Norte ,Bouet, Canarias, Azores, Ascensin y Cabo
Verde,, que renejan el dominio de componentes de pluma enriquecida
en la fuente.Fig. 13-9. Datos isotpicos de los OIB de las islas
Marquesas y Tubaii.Fig. 13-10. Datos isotpicos de Pb para los OIB y
MORB del Atlntico.255 ALEJANDRO TOSELLIModelo petrogenticoEl origen
de la islas volcnicas ocenicas y montes ocenicos han estado sujetos
a fuertes controversias en relacin con la teora de las placas
tectnicas. El modelo de punto caliente o pluma de manto, ue
propuesto por \ilson ,1963, y desarrollado por Morgan ,191, 192,.
La Fig. 13-11, presenta los posibles procesos responsables de la
generacin de magmas de intraplaca, en la que se consideran dos
capas de manto una superior deprimida, fuente de los MORB y una
profunda, que sera la fuente de plumas y generadora de los OIB. Las
plumas se originaran en el lmite entre las dos capas como una serie
de gotas invertidas que ascienden. La descompresin adiabtica induce
la fusin parcial en los diapiros y en la fuente mantlica
adyacentealosMORB,quegeneraelnujodelaplumaascendente.Morgan,192,bas
el modelo original sobre la idea de que los componentes de la
pluma, de la capa de manto inferior, corresponden a material de
manto primordial que no habra estado involucrado en los eentos que
dieron lugar a la ormacin de la corteza continental. Los elementos
trazas apoyan la teora de fuentes diferentes de los MORB y de los
OIB. La fuente de los OIB, debe
inolucrarunamezclaentremantorelatiamenteprimordialycomponentesderiadosde
cuas litosfricas
subductadas.Profundidaddesegregacindelosmagmas:lascaractersticasgeoqumicasdelos
magmas primarios, derivan esencialmente del punto de equilibrio con
la fuente mantlica a la proundidad de la segregacin, que estaran a
~100 km, con un lmite superior de 50 - 60 km.El ascenso diaprico
del manto causa fusin parcial de los componentes de la pluma y de
la astenosera deprimida ,uente MORB,. Lsta mezcla, produce un magma
que segrega a proundidades de 50 - 60 km, con signatura isotpica y
elementos traza de ambas uentes. Lstos magmas primarios deben
atraesar la litosera oceanica antes de alcanzar los reserorios
dealtoniel,15km,pordebajodeledicioolcanico,dondeseproducecristalizacin
raccionadaymezclademagmasquediersicanlascomposiciones.Adicionalmentela
contaminacin de la corteza oceanica puede modicar las
caractersticas geoqumicas de los magmas, en particular las
relaciones de istopos de Sr y O. En general, los volcanes de islas
oceanicas, ubicados sobre corteza oceanica madura eolucionan desde
ases tempranas poco alcalinas, a fases ms alcalinas tardas. Tal
secuencia se explica siguiendo modelos en los cuales las eruptivas
tempranas representan volmenes moderados de fusin parcial a
profundidad relativamente somera, mientras que los basaltos
alcalinos y nefelinitas representan volmenes pequeos de fusin
parcial a gran profundidad.Uno de los mayores problemas para
interpretar el olcanismo de intraplaca es la naturaleza intangible
de las plumas de manto propuestas. Morgan ,192, estima que la pluma
por debajo
deHawaidebeteneralrededorde150kmdedimetro,conunavelocidaddeascensode
algunos metros por ao, que se basa en el patrn volcnico de Hawaii y
que no puede ser extrapolado a otras islas ocenicas.Estudios
experimentales y tericos concluyen que las plumas de manto
ascenderan en base al rgimen calrico, que se originara en el lmite
de placas de dos regmenes convectivos dierentes y que se situara a
la proundidad de la discontinuidad ssmica de 60 km. Ln el caso de
Iawaii el nujo de la pluma se originara en el lmite manto-ncleo.
Iomann y \hite ,1982, porponen un modelo para los OIB que inolucra
el reciclado de corteza oceanica subductada en un reserorio uente
de los OIB. 1al reciclado es necesario para explicar las
caractersticas geoqumicas e isotpicas de los OIB, sugiriendo que la
corteza ocenica se asla y acumula en el manto superior, donde
permanece por algunos Ga y cuando se inestabiliza por calentamiento
interno, asciende diapricamente proeyendo componentes para los
OIB.MAGMATISMO DE INTRAPLACA 256Los magmas erupcionados en las
islas ocenicas y montes submarinos, corresponden a magmas alcalinos
y toleticos, que se distinguen claramente de los MORB. Dichos
magmas ascenderan y se estacionaran formando reservorios magmticos
someros a profundidades de 2 - 30 km, donde se produce la
cristalizacin raccionada y mezcla de magmas. Lecturas
seleccionadasBatiza, R. 1982. Abundances, distribution and sizes
oolcanoes in the Pacic Ocean and implications or the origin
onon-spot olcanoes. Larth Planet. Sci. Lett. 60: 195-206.Iomann,
A.\., y \hite, \.M. 1982. Mantle plumes rom ancient oceanic crust.
Larth. Planet. Sci. Lett. 5: 421-436.MacDonald, G.A., y Katsura, 1.
1964. Chemical composition oIawaiian laas. J. Petr. 5:
82-133.Morgan, \.J. 191. Conection plumes in the lower mantle.
Nature 230: 42-43.Morgan, \.J. 192. Plate motions and deep mantle
conection. Geol. Soc. Am. Mem. -22.1urcotte, D.L., y Oxburgh, L.R.
198. Intra-plate olcanism. Phil. 1rans. R. Soc. London
A288:561-59.\ilson,J.1. 1963. A possible origin othe Iawaiian
islands. Can. J. Phys. 41: 863-80.\ilson, J.1. 193. Mantle plumes
and plate motion. 1ectonophysics 19: 149-164.Fig. 13-11. Modelo
esquemtico del proceso de magmatismo de intraplaca.