Magma

El magma és un tipus de roca format per la fusió parcial o total d'una font pariental (principalment, la part superior del mantell i la base de l'escorça terrestre). El magma té composicions diverses tractant-se d'una mescla multi fase d'alta temperatura (depenent de la seva composició i evolució, des de menys de 700 °C fins més de 1500 °C) de sòlids (cristalls i fragments de roca), líquida (en la seva majoria silicats) i gasós (ric en H, O, C, S i Cl),.

Lava del volcà Kilawea

Aquest article tracta sobre el material expulsat pels volcans. Vegeu-ne altres significats a «Magma (desambiguació)».

La fusió parcial de les roques es produeix bàsicament a les capes més externes de la Terra, per això els elements més abundants dels magmes són els elements més abundants d'aquestes zones: O, Si, Al, Ca, Fe, Mg, Na, K. Els composts són els òxids corresponents: SiO2 (sílice), Al2O3 (alúmina), CaO … El més abundant és el SiO₂ (50-70%). També és important la presència de vapor d'aigua (fins a un 10%). Com més sílice (SiO₂) té un magma, més viscositat té. La viscositat condiciona el moviment i l'ascensió cap a les zones més superficials.

El magma ascendent que, des de la seva generació fins abans de la seva solidificació, brolla a la superfície, rep el nom de lava.

La solidificació del magma dona lloc a la formació de roques magmàtiques.

Formació del magma

Es forma en condicions de pressió i temperatura permeten la fusió parcial de les roques. Normalment al mantell superior i a l'escorça inferior, a una profunditat entre 30-200 km. El principal factor que determina el grau de fusió d'una roca és la composició, ja que aquesta determina l'interval de temperatura a la qual la roca pot arribar a fondre. L'increment de la pressió afavoreix que els àtoms es reordenin en estructures més denses i compactes i, per tant, calen temperatures més elevades per fondre els minerals. En presència d'aigua la temperatura de fusió de les roques i minerals disminueix considerablement. La presència d'aigua també és important per l'evolució dels magmes. Un magma que pugi a zones més superficials pot continuar fos a temperatures més baixes si conté aigua. Així, aquest magma assolirà més fàcilment la superfície terrestre.

Tipus de magma

Pel seu contingut mineral, el magma pot classificar-se en dos grans grups: màfics i félsics. Bàsicament, els magmes màfics contenen silicats rics en Mg i Ca, mentre que els félsics contenen silicats rics en Na i K.

Magma àcid o fèlsic

Anomenat també magma granític. És un magma fred (temperatures inferiors a 800 °C). Contingut elevat en sílice (>66%), i, per tant, més viscositat. Com que flueix més lentament, gairebé mai no arriba a la superfície, sol quedar retingut a l'interior de l'escorça i allà se solidifica. Les roques associades a aquests tipus de magmes són de colors clars. Una roca plutònica típica associada a aquests magmes és el granit. La roca volcànica corresponent, formada si el magma solidifica a l'exterior, és la riolita, molt menys freqüent (les erupcions de laves riolítiques solen ser molt violentes i formen núvols de gasos i cendres incandescents).

Magma intermedi

Les roques són de valors intermedis en sílice (52 - 66%). L'andesita és la roca volcànica més representativa i la diorita la plutònica.

Magma bàsic o màfic

Comunament conegut com a magma basàltic (temperatures entre 900 i 1200 °C). El contingut de sílice és relativament baix (45 - 52%), i, per tant, viscositat baixa. Com que és bastant fluid, pot arribar fàcilment a la superfície terrestre i formar rius de lava espectaculars, sense formar grans cons volcànics. Les roques que es formen són de colors obscurs i molt dures. Un exemple de roca volcànica associada a aquests tipus de magmes és el basalt, mentre que si el magma solidifica en profunditat és forma una roca plutònica, en aquest cas el gabre.

Magma ultrabàsic o ultramàfic

Té molt poc contingut de sílice (<45%) i molt de Mg i Fe. Un exemple de roca plutònica ultrabàsica són les peridotites del mantell superior. Un exemple de roca volcànica ultrabàsica és la komatiïta, però corresponen a materials posteriors al proterozoic. Les condicions actuals de la Terra (es va anar refredant el mantell) impossibilita que cap magma ultrabàsic pugui arribar a la superfície.

Migració i solidificació

El magma es desenvolupa en el mantell o en l'escorça, on les condicions de temperatura i pressió afavoreixen l'estat fos. Després de la seva formació, el magma ascendeix surant cap a la superfície terrestre, a causa de la seva menor densitat que la roca mare.^[1] A mesura que migra a través de l'escorça, el magma pot acumular-se i residir en cambres magmàtiques (encara que treballs recents suggereixen que el magma pot emmagatzemar-se en zones mush riques en cristalls transcristalins en lloc d'en cambres magmàtiques dominantment líquides^[2]). El magma pot romandre en una cambra fins que es refreda i cristal·litza per a formar roca intrusiva, entra en erupció com a volcà o es desplaça a una altra cambra magmàtica.

Plutonisme

Articles principals: Roca plutònica i Plutó (geologia)

Quan el magma es refreda, comença a formar fases minerals sòlides. Algunes d'elles es dipositen en el fons de la cambra magmàtica formant cúmuls que poden constituir intrusions màfiques estratificades. El magma que es refreda lentament dins d'una cambra magmàtica sol acabar formant cossos de roques plutòniques com a gabre, diorita i granit, depenent de la composició del magma.

Vulcanisme

Article principal: Vulcanisme

Acumulació de basalts, de gran potència i extensió, en els traps siberians.

El magma que surt a la superfície durant una erupció volcànica es denomina lava. Depenent de la composició del magma es formen roques volcàniques com basalts, andesites i riolites (els equivalents extrusius del gabre, la diorita i el granit, respectivament).

La lava es refreda i solidifica amb relativa rapidesa en comparació amb els cossos magmàtics subterranis. Aquest ràpid refredament no permet que els cristalls creixin en grandària, i una part del fos no arriba a cristal·litzar, si es refreda ràpidament es converteixen en vidre. Entre les roques compostes principalment de vidre volcànic es troben l'obsidiana i la pedra tosca.

Abans i durant les erupcions volcàniques, els volàtils com el CO₂ i l'H₂O abandonen parcialment el fos a través d'un procés conegut com a exsolució. El magma amb baix contingut en aigua es torna cada vegada més viscós. Si es produeix una exsolució massiva quan el magma es dirigeix cap amunt durant una erupció volcànica, l'erupció resultant sol ser explosiva.^[3]

Cicles magmàtics

Al llarg de la història primerenca del planeta s'han produït almenys tres superesdeveniments magmàtics, els episodis de major formació de roques ígnies del registre geològic. Estan separats entre sí uns 800 milions d'anys (Ma): el més antic i intens fa uns 2.700 Ma, en el Neoarqueà, un altre fa 1.900 Ma, a l'Orosirià i el tercer fa 1.200 Ma, en el límit Ectasià-Estenià. En cadascun s'haurien format grans altiplans basàltics que haurien contribuït a l'augment de les masses continentals en períodes relativament curts.^[4]

Per a explicar aquests superesdeveniments, alguns autors, com el tectònic Kent Condie en 1998,^[5] han proposat que el mecanisme hauria estat produït per unes allaus gravitacionals gegantesques de material del mantell superior i l'escorça, que caurien des del límit del mantell superior amb l'inferior (a 670 km de profunditat) fins al mateix límit del nucli extern (a uns 2.900 km de la superfície), travessant tot el mantell inferior (uns 2.230 km de gruix). Com a conseqüència, es formarien nombroses pertorbacions en forma de plomalls del mantell que, ascendint fins a l'escorça, donarien lloc al citat magmatisme.^[4]

L'origen d'aquestes allaus periòdiques del mantell estaria en els canvis físics dels fragments de litosfera que han retirar-se fins als 670-700 km de profunditat, cotes en les quals troben resistència a retirar-se més i s'horizontalitzen. La massa de litosfera que ha retirat, de fins a 100 km de gruix i més freda que el mantell que l'embolica, pot trigar diversos milions d'anys a aconseguir la temperatura que faciliti, juntament amb la pressió més gran d'aquests nivells, la densificació dels minerals que la componen (pas de peridotites a eclogites). Quan la nova situació de densitat de la massa litosfèrica retirada es torna inestable, es produiria l'ensulsiada en allau fins al nucli.^[6]

Aquest procés s'hauria repetit diverses vegades però, com cada esdeveniment implica una important pèrdua de calor en el mantell, cada repetició del cicle hauria estat de menor intensitat que la precedent. Es podrien explicar així mateix per aquest mecanisme els pics de magmatisme, de molta menor intensitat que els anteriors, del final del Paleozoic, fa uns 300 Ma, i del Cretàcic mitjà, fa uns 100 Ma.^[4]

Roques ígnies

Article principal: Roca ígnia

Roca plutònica: batòlit granític.

Roca volcànica: basalt.

El resultat del refredament del magma són les roques ígnies. Depenent de les circumstàncies del refredament, les roques poden tenir granulat fi o gruix.^[7]

Segons el lloc de refredament i cristal·lització, les roques ígnies es divideixen en:

• Roques plutòniques o intrusives. Són les que s'han format a partir d'un refredament lent del magma, en profunditat i generalment en grans masses. Es denominen plutons i dics als seus jaciments. Per exemple, el granit, el gabre i la sienita.
• Roques volcàniques, extrusives o efusives. Es formen pel refredament del magma desgasat, la lava, en la superfície terrestre. Per exemple, el basalt i la riolita.
• Roques filonianes o subvolcàniques. Són aquelles que formen dics i filons. P.ex.: pòrfir granític o pòrfir andesític.

Segons la composició del magma original es divideixen en:^[8]

• Granítiques o fèlsiques, procedents de magmes granítics. Riques en sílice i feldespat potàssic, normalment de colors clars.
• Intermèdies, procedents de magmes andesítics. De composició intermèdia entre les fèlsiques i les màfiques.
• Màfiques, procedents de magmes basàltics. Pobres en sílice i de colors foscos.
• Ultramàfiques, procedents de magmes formats en el mantell superior. Formades per silicats de colors foscos.

Exemples de roques ígnies comunes	Roques fèlsiques (magma granític)	Roques intermèdies (magma andesític)	Roques màfiques (magma basàltic)	Roques Ultramàfiques
Roques volcàniques (emplaçament superficial)	Riolites	Andesites	Basalts	Komatites
Roques plutòniques (emplaçament profund)	Granits	Diorites	Gabres	Peridotites

El magma i el metamorfisme

El magma juga un rol fonamental en altres processos geològics, com en el metamorfisme. El cas més clar seria en el metamorfisme de contacte, terme utilitzat per a denominar al procés pel qual es transforma estructural i composicionalment una roca a causa del contacte o proximitat amb un cos igni intrusiu. Alguns exemples de roques producte del metamorfisme de contacte serien les cornianes o els skarn. Un altre cas en què es pot observar el rol del magma en el metamorfisme seria per al cas del metamorfisme hidrotermal, l'alteració estructural i composicional d'una roca per la circulació de fluids hidrotermals. Aquests fluids serien els volàtils que van anar escapant del magma a mesura que aquest es refredava. D'aquests fluids hidrotermals es pot destacar el vapor d'aigua, que es condensa i circula com a líquid, portant una gran quantitat de ions dissolts, seria llavors el fluid amb major rellevància en aquest procés. L'espilita és un exemple d'una roca producte d'aquest últim tipus de metamorfisme.

Ús en producció d'energia

El Projecte de Perforació Profunda d'Islàndia (en anglès Iceland Deep Drilling Project, IDDP), mentre perforava diversos pous de 5.000 m en un intent d'aprofitar la calor del llit volcànic sota la superfície d'Islàndia, va donar amb una bossa de magma a 2.100 m en 2009. Atès que era la tercera vegada en la història que s'aconseguia el magma, IDDP va decidir realitzar una inversió en el forat, batejant-lo com IDDP-1.^[9]

En el forat es va construir una caixa d'acer cimentat amb una perforació en el fons prop del magma. Les altes temperatures i la pressió del vapor de magma es van utilitzar per a generar 36 MW d'energia, la qual cosa va convertir al IDDP-1 en el primer sistema geotèrmic produït per magma del món.^[9]