La migmatita es una roca compuesta que se encuentra en ambientes metamórficos de grado medio y alto, comúnmente dentro de bloques cratónicos precámbricos . Consta de dos o más constituyentes a menudo superpuestos repetidamente: una capa es una roca metamórfica más antigua que se reconstituyó posteriormente por fusión parcial ("neosoma"), mientras que la capa alterna tiene un aspecto pegmatítico , aplítico , granítico o generalmente plutónico (" paleosoma "). Comúnmente, las migmatitas se encuentran debajo de rocas metamórficas deformadas que representan la base de cadenas montañosas erosionadas. [1]
Las migmatitas se forman en condiciones extremas de temperatura y presión durante el metamorfismo prógrado , cuando se produce una fusión parcial en el paleosoma metamórfico. [2] Los componentes exueltos por la fusión parcial se denominan neosoma (que significa 'cuerpo nuevo'), que puede ser heterogéneo o no a escala microscópica o macroscópica. Las migmatitas a menudo aparecen como venas plegadas de forma apretada e incoherente ( pliegues ptigmáticos ). [3] Estas forman segregaciones de leucosomas , componentes graníticos de color claro exueltos dentro de melanosomas , un entorno de color oscuro rico en anfíboles y biotitas . Si está presente, un mesosoma, de color intermedio entre un leucosoma y un melanosoma, forma un remanente más o menos no modificado del paleosoma de la roca madre metamórfica. Los componentes de color claro a menudo dan la apariencia de haber sido fundidos y movilizados.
La migmatita es el penúltimo miembro de una secuencia de transformaciones litológicas identificadas por primera vez por Lyell en 1837. [4] Lyell tenía una percepción clara de la secuencia de diagénesis regional en rocas sedimentarias que sigue siendo válida en la actualidad. Comienza 'A' con la deposición de sedimento no consolidado ( protolito para futuras rocas metamórficas). A medida que la temperatura y la presión aumentan con la profundidad, un protolito pasa a través de una secuencia diagenética desde la roca sedimentaria porosa a través de rocas endurecidas y filitas 'A2' hasta los esquistos metamórficos 'C1' en los que aún se pueden discernir los componentes sedimentarios iniciales. Más profundo aún, los esquistos se reconstituyen como gneis 'C2' en el que las folias de minerales residuales se alternan con capas cuarzo-feldespáticas; la fusión parcial continúa a medida que pequeños lotes de leucosomas se fusionan para formar capas distintas en el neosoma y se convierten en la migmatita reconocible 'D1'. Las capas de leucosomas resultantes en las migmatitas estromáticas aún retienen agua y gas [5] en una serie de reacciones discontinuas provenientes del paleosoma. Este contenido supercrítico de H2O y CO2 hace que el leucosoma sea extremadamente móvil.
Bowen 1922, p184 [6] describió el proceso como "en parte debido a ... reacciones entre los componentes minerales ya cristalizados de la roca y el magma restante aún fundido , y en parte a reacciones debidas a ajustes de equilibrio entre el "licor madre" altamente concentrado de la etapa final extrema, que, por congelación selectiva, se ha enriquecido con los gases más volátiles generalmente denominados "mineralizadores", entre los que el agua ocupa un lugar destacado". JJ Sederholm (1926) [7] describió rocas de este tipo, demostrablemente de origen mixto, como migmatitas. Describió los "icores" granitizantes como poseedores de propiedades intermedias entre una solución acuosa y un magma muy diluido, con gran parte de él en estado gaseoso.
La evidencia experimental y de campo exige el papel de la fusión parcial. Las rocas comienzan a fundirse parcialmente cuando alcanzan una combinación de temperaturas suficientemente altas (> 650 °C) y presiones (> 34 MPa). Algunas rocas tienen composiciones que producen más fusión que otras a una temperatura dada, una propiedad de la roca llamada fertilidad . Algunos minerales en una secuencia producirán más fusión que otros; algunos no se funden hasta que se alcanza una temperatura más alta. [6] Si la temperatura alcanzada solo supera el solidus , la migmatita contendrá algunos pequeños parches de fusión dispersos en la roca más fértil. Holmquist 1916 llamó al proceso por el cual las rocas metamórficas se transforman en granulita ' anatexis '. [8]
La segregación del material fundido durante la parte prograda de la historia metamórfica (temperatura > solidus) implica la separación de la fracción fundida del residuo, que una mayor gravedad específica hace que se acumule a un nivel inferior. La migración posterior del material fundido anatéctico fluye a favor de gradientes de presión locales con poca o ninguna cristalización. La red de canales a través de los cuales se movió el material fundido en esta etapa puede perderse por la compresión del melanosoma, dejando lentes aislados de leucosoma. El producto fundido se reúne en un canal subyacente donde se vuelve sujeto a diferenciación . La conducción es el principal mecanismo de transferencia de calor en la corteza continental ; donde las capas superficiales han sido exhumadas o enterradas rápidamente hay una inflexión correspondiente en el gradiente geotérmico . El enfriamiento debido a la exposición de la superficie se conduce muy lentamente a rocas más profundas, por lo que la corteza más profunda es lenta para calentarse y enfriarse. Los modelos numéricos de calentamiento de la corteza [9] confirman un enfriamiento lento en la corteza profunda. Por lo tanto, una vez formado, el material fundido anatéctico puede existir en la corteza media e inferior durante un período de tiempo muy largo. Se comprime lateralmente para formar umbrales , estructuras lacolíticas y lopolíticas de granulita móvil a profundidades de c. 10–20 km. En el afloramiento actual solo son visibles las etapas de este proceso detenidas durante su rápido ascenso inicial. Dondequiera que la granulita fraccionada resultante se eleve abruptamente en la corteza, el agua sale de su fase de supercriticidad, la granulita comienza a cristalizar, se convierte primero en fusión fraccionada + cristales, luego en roca sólida, mientras aún se encuentra en las condiciones de temperatura y presión existentes más allá de los 8 km. El agua, el dióxido de carbono, el dióxido de azufre y otros elementos se exuelven bajo gran presión de la fusión a medida que sale de las condiciones supercríticas. Estos componentes suben rápidamente hacia la superficie y contribuyen a la formación de depósitos minerales , volcanes , volcanes de lodo , géiseres y fuentes termales . [10]
El leucosoma es la parte de color más claro de la migmatita. [3] El melanosoma es la parte más oscura y se encuentra entre dos leucosomas o, si todavía hay restos de la roca madre más o menos no modificada (mesosoma), se organiza en bordes alrededor de estos restos. [3] Cuando está presente, el mesosoma tiene un color intermedio entre el leucosoma y el melanosoma. [3]
El melanosoma es una banda mineral oscura y máfica formada en la migmatita que se está fundiendo hasta adquirir una textura eutaxítica ; a menudo, esto conduce a la formación de granito . Los melanosomas forman bandas con leucosomas y, en ese contexto, pueden describirse como schlieren (bandas de color) o migmatíticos .
Las texturas de migmatitas son el resultado del ablandamiento térmico de las rocas metamórficas. Las texturas de Schlieren son un ejemplo particularmente común de formación de granito en las migmatitas y se observan a menudo en xenolitos de restita y alrededor de los márgenes de los granitos de tipo S.
Los pliegues ptigmáticos se forman por una deformación dúctil altamente plástica de las bandas gneísicas y, por lo tanto, tienen poca o ninguna relación con una foliación definida , a diferencia de la mayoría de los pliegues regulares. Los pliegues ptigmáticos pueden aparecer restringidos a zonas de composición de la migmatita, por ejemplo, en protolitos de esquisto de grano fino frente a protolitos arenosos granoblásticos gruesos .
Cuando una roca sufre una fusión parcial, algunos minerales se fundirán (neosoma, es decir, recién formado), mientras que otros permanecerán sólidos (paleosoma, es decir, formación más antigua). El neosoma está compuesto de áreas de color claro (leucosoma) y áreas oscuras (melanosoma). El leucosoma se encuentra en el centro de las capas y está compuesto principalmente de cuarzo y feldespato. El melanosoma está compuesto de cordierita , hornblenda y biotita y forma las zonas de pared del neosoma. [2]
En 1795, James Hutton hizo algunos de los primeros comentarios sobre la relación entre el gneis y el granito: “Si el granito está verdaderamente estratificado, y esos estratos están conectados con los otros estratos de la tierra, no puede reclamar originalidad; y la idea de montañas primitivas, tan empleada últimamente por los filósofos naturales, debe desaparecer, en una visión más amplia de las operaciones del globo; pero es seguro que el granito, o una especie del mismo tipo de piedra, se encuentra así estratificado. Es el granit feuilletée de M. de Saussure y, si no me equivoco, lo que los alemanes llaman gneis”. [11] La minúscula penetración de gneis, esquistos y depósitos sedimentarios alterados por metamorfismo de contacto, alternando con materiales graníticos a lo largo de los planos de esquistosidad, fue descrita por Michel-Lévy, en su artículo de 1887 'Sur l'Origine des Terrains Cristallins Primitifs'. Hace las siguientes observaciones: “Primero llamé la atención sobre el fenómeno de penetración íntima, 'lit par lit' de las rocas graníticas y granulíticas eruptivas que siguen los planos de esquistosidad de los gneises y esquistos... Pero en el medio, en las zonas de contacto inmediatamente por encima de la roca eruptiva, el cuarzo y los feldespatos se insertan, capa por capa, entre las hojas de las pizarras micáceas; comenzó a partir de una pizarra detrítica, ahora la encontramos definitivamente transformada en un gneis reciente, muy difícil de distinguir del gneis antiguo”. [12]
La coincidencia de la esquistosidad con la estratificación dio lugar a las propuestas de metamorfismo estático o de carga, presentadas en 1889 por John Judd y otros. [13] En 1894, L. Milch reconoció que la presión vertical debida al peso de la carga suprayacente era el factor controlador. [14] En 1896, Home y Greenly coincidieron en que las intrusiones graníticas están estrechamente asociadas a los procesos metamórficos "la causa que provocó la introducción del granito también dio lugar a estos tipos altos y peculiares de cristalización". [15] Un artículo posterior de Edward Greenly en 1903 describió la formación de gneises graníticos por difusión sólida y atribuyó el mecanismo de aparición lit-par-lit al mismo proceso. Greenly llamó la atención sobre las vetas delgadas y regulares de material inyectado, lo que indicaba que estas operaciones tenían lugar en rocas calientes; también sobre los tabiques no perturbados de las rocas del país, lo que sugería que la expresión del magma se producía por difusión silenciosa en lugar de por inyección forzada. [16] En 1907 Sederholm llamó al proceso de formación de migmatitas palingénesis y (aunque incluía específicamente fusión y disolución parciales) consideró la inyección de magma y sus rocas veteadas y brechadas asociadas como fundamentales para el proceso. [17] La sucesión ascendente de gneis, esquisto y filita en el Urgebirge centroeuropeo influyó en Ulrich Grubenmann en 1910 en su formulación de tres zonas de profundidad de metamorfismo. [18]
Holmquist encontró gneises de alto grado que contenían muchos parches pequeños y vetas de material granítico. No había granitos cerca, por lo que interpretó los parches y vetas como sitios de recolección de material fundido parcial exudado de las partes ricas en mica del gneis anfitrión. [19] Holmquist le dio a estas migmatitas el nombre de "venita" para enfatizar su origen interno y distinguirlas de las "arteritas" de Sederholm, que también contenían vetas de material inyectado. Sederholm más tarde puso más énfasis en los roles de la asimilación y las acciones de los fluidos en la formación de migmatitas y usó el término "icor" para describirlas.
Convencido por la estrecha conexión entre la migmatización y los granitos en afloramiento, Sederholm consideró que las migmatitas eran un intermediario entre las rocas ígneas y metamórficas. [20] [21] Pensó que las separaciones graníticas en los gneises bandeados se originaron a través de la acción del derretimiento o un fluido nebuloso, el icor , ambos derivados de granitos cercanos. Una visión opuesta, propuesta por Holmquist, fue que el material granítico provenía de la roca del país adyacente, no de los granitos, y que se segregaba por transporte de fluidos. Holmquist creía que tales migmatitas sustitutivas se producían durante el metamorfismo a un grado metamórfico relativamente bajo, con fusión parcial solo interviniendo a alto grado. Por lo tanto, la visión moderna de las migmatitas se corresponde estrechamente con el concepto de ultrametamorfismo de Holmquist y con el concepto de anatexis de Sederholm, pero está lejos del concepto de palingénesis o de los diversos procesos metasomáticos y subsolidus propuestos durante el debate sobre la granitización. [22] Read consideró que las rocas metamorfoseadas regionalmente eran resultado del paso de ondas o frentes de soluciones metasomatizantes desde el núcleo central de granitización, por encima del cual surgen las zonas de metamorfismo. [23]
El nombre original de este fenómeno fue definido por Sederholm (1923) [24] como una roca con "fragmentos de roca más antigua cementada por granito", y fue considerado por él como un tipo de migmatita. Existe una estrecha conexión entre las migmatitas y la aparición de "brechas de explosión" en esquistos y filitas adyacentes a intrusiones de diorita y granito. También se pueden encontrar rocas que coinciden con esta descripción alrededor de cuerpos intrusivos ígneos en rocas de bajo grado o no metamorfoseadas. Brown (1973) argumentó que las agmatitas no son migmatitas y deberían llamarse "brechas de intrusión" o "aglomerados de ventilación". Reynolds (1951) [25] pensó que el término "agmatita" debería abandonarse.
Estudios geocronológicos recientes de terrenos metamórficos con facies de granulita (p. ej., Willigers et al. 2001) [26] muestran que las temperaturas metamórficas se mantuvieron por encima del solidus del granito durante entre 30 y 50 millones de años. Esto sugiere que, una vez formado, el material fundido anatéctico puede existir en la corteza media e inferior durante un período de tiempo muy prolongado. La granulita resultante es libre de moverse lateralmente [27] y hacia arriba a lo largo de las debilidades de la sobrecarga en direcciones determinadas por el gradiente de presión.
En las zonas donde se encuentra debajo de una cuenca sedimentaria que se profundiza , una parte del material fundido de granulita tenderá a moverse lateralmente debajo de la base de rocas previamente metamorfoseadas que aún no han alcanzado la etapa migmatológica de anatexis . Se congregará en áreas donde la presión es menor. El material fundido perderá su contenido volátil cuando alcance un nivel donde la temperatura y la presión sean menores que el límite de la fase de agua supercrítica. El material fundido cristalizará en ese nivel e impedirá que el material fundido posterior alcance ese nivel hasta que la presión persistente del magma posterior empuje la sobrecarga hacia arriba.
En el caso de las rocas arcillosas migmatizadas , la fusión parcial o fraccionada produciría primero una masa fundida parcial rica en elementos volátiles e incompatibles de composición granítica . Estos granitos derivados de protolitos de rocas sedimentarias se denominarían granito de tipo S , son típicamente potásicos, a veces contienen leucita y se denominarían adamelita , granito y sienita . Los equivalentes volcánicos serían riolita y riodacita .
Las rocas ígneas o de corteza inferior migmatizadas que se funden lo hacen para formar un granito granítico de tipo I similar , pero con firmas geoquímicas distintivas y una mineralogía típicamente predominantemente de plagioclasa que forma composiciones de monzonita , tonalita y granodiorita . Los equivalentes volcánicos serían la dacita y la traquita .
Es difícil fundir rocas metamórficas máficas , excepto en el manto inferior, por lo que es raro ver texturas migmatíticas en dichas rocas. Sin embargo, la eclogita y la granulita son rocas máficas aproximadamente equivalentes.
El petrólogo finlandés Jakob Sederholm utilizó por primera vez el término en 1907 para las rocas del cratón escandinavo , en el sur de Finlandia . El término deriva de la palabra griega μιγμα : migma , que significa mezcla.
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