El agua magmática , también conocida como agua juvenil , es una fase acuosa en equilibrio con minerales que han sido disueltos por el magma en las profundidades de la corteza terrestre y se libera a la atmósfera durante una erupción volcánica . Desempeña un papel clave en la evaluación de la cristalización de rocas ígneas , particularmente silicatos , así como la reología y evolución de las cámaras de magma . El magma está compuesto de minerales , cristales y volátiles en abundancia natural relativa variable . [1] La diferenciación magmática varía significativamente en función de varios factores, especialmente la presencia de agua. [2] Una abundancia de volátiles dentro de las cámaras de magma disminuye la viscosidad y conduce a la formación de minerales que contienen halógenos , incluidos los grupos cloruro e hidróxido . Además, la abundancia relativa de volátiles varía dentro de las cámaras de magma basáltica , andesítica y riolítica , lo que lleva a que algunos volcanes sean extremadamente más explosivos que otros. El agua magmática es prácticamente insoluble en los fundidos de silicato, pero ha demostrado su mayor solubilidad en los fundidos riolíticos. Se ha demostrado que una abundancia de agua magmática provoca una deformación de alto grado, alterando la cantidad de δ 18 O y δ 2 H en las rocas madre.
El magma existe en tres formas principales que varían en composición. [3] Cuando el magma cristaliza dentro de la corteza , forma una roca ígnea extrusiva . Dependiendo de la composición del magma, puede formar riolita , andesita o basalto . [3] Los volátiles, particularmente el agua y el dióxido de carbono, impactan significativamente el comportamiento de cada forma de magma de manera diferente. [4] , [2] El magma con una alta concentración de volátiles tiene una reducción significativa en la temperatura de hasta cientos de grados, lo que reduce su viscosidad inherente. [5] El comportamiento del magma también se altera por la variación de las composiciones mineralógicas, lo que se observa en la Figura 1. Por ejemplo, el agua magmática conduce a la cristalización de varios minerales abundantes en grupos hidroxilo o halogenados, incluidos los granates . Los análisis de estos minerales se pueden utilizar para analizar las condiciones de formación en el interior de los planetas rocosos . [5] , [6]
Los volátiles están presentes en casi todos los magmas en diferentes concentraciones. Algunos ejemplos de volátiles dentro del magma son el agua, el dióxido de carbono y los gases halógenos . [1] Las altas presiones permiten que estos volátiles permanezcan relativamente estables dentro de la solución. [1] Sin embargo, con el tiempo, a medida que la presión magmática disminuye, los volátiles saldrán de la solución en la fase gaseosa, lo que reducirá aún más la presión magmática. [1] Estas diferencias de presión provocan diferencias drásticas en el volumen de un magma. [1] La diferencia de presión hace que algunas formas de volcanes sean altamente explosivas y otras sean efusivas . [1]
Un ejemplo de un mineral que contiene grupos hidroxilo es el granate. El granate es un mineral anhidro que se analiza comúnmente en las subdisciplinas geológicas debido a su estabilidad general. Un estudio analizó la presencia de granates dentro del manto superior a través de espectroscopia infrarroja y mostró una absorción a aproximadamente 3500 cm −1 , lo que es consistente con la presencia de grupos hidroxilo. Se ha demostrado que estos granates varían en composición dependiendo de su origen geográfico. [6] Un estudio particular en el sur de África determinó concentraciones que oscilaban entre 1 ppm y 135 ppm. [6] Sin embargo, esto es significativamente menor que el contenido de hidroxilo en regiones como la meseta de Colorado . También se demostró que existe una correlación inversa con respecto a la concentración de OH y Mg + Fe.
El magma basáltico es el más abundante en hierro, magnesio y calcio, pero el más bajo en sílice, potasio y sodio. [1] , [3] La composición de sílice dentro del magma basáltico varía de 45-55 por ciento en peso (% en peso) o fracción de masa de una especie. [1] Se forma en temperaturas que varían de aproximadamente 1830 °F a 2200 °F. [1] , [3] El magma basáltico tiene la viscosidad y el contenido de volátiles más bajos, pero aún puede ser hasta 100.000 veces más viscoso que el agua. [1] Debido a su baja viscosidad, esta es la forma menos explosiva de magma. El magma basáltico puede encontrarse en regiones como Hawái , conocida por sus volcanes en escudo . [1] , [7]
El magma basáltico forma minerales como el feldespato plagioclasa rico en calcio y el piroxeno . La composición hídrica del magma basáltico varía según la evolución de la cámara magmática. Los magmas de arco, como el de Izarú en Costa Rica, varían entre 3,2 y 3,5 % en peso. [8]
El magma andesítico es un magma intermedio y está disperso aproximadamente de manera uniforme en cuanto a hierro, magnesio, calcio, sodio y potasio. [1] [3] La composición de sílice del magma andesítico varía de 55 a 65 % en peso. [1] Se forma a temperaturas que varían de aproximadamente 1470 °F a 1830 °F. [1] , [3] El magma andesítico tiene una viscosidad intermedia y un contenido de volátiles. [1] Forma minerales como feldespato plagioclasa, mica y anfíbol .
El magma riolítico es félsico y el más abundante en sílice, potasio y sodio, pero el más bajo en hierro, magnesio y calcio. [1] [3] La composición de sílice del magma riolítico varía de 65-75 % en peso. [1] Se forma en el rango de temperatura más bajo, de aproximadamente 1200 °F a 1470 °F. [1] , [3] El magma riolítico tiene la mayor viscosidad y contenido de gas. [1] Produce las erupciones volcánicas más explosivas, incluida la catastrófica erupción del Monte Vesubio . [1] Forma minerales como feldespato ortoclasa , feldespato plagioclasa rico en sodio, cuarzo , mica y anfíbol.
La precipitación de minerales se ve afectada por la solubilidad en agua dentro de los silicatos fundidos, que normalmente existen como grupos hidroxilo unidos a Si 4+ o cationes del Grupo 1 y Grupo 2 en concentraciones que varían de aproximadamente 6-7 % en peso. [9] , [10] Específicamente, el equilibrio de agua y oxígeno disuelto produce hidróxidos, donde la K eq se ha aproximado entre 0,1 y 0,3. [10]
Esta solubilidad inherente es baja pero varía mucho dependiendo de la presión del sistema. Los magmas riolíticos tienen la solubilidad más alta, que va desde aproximadamente 0% en la superficie hasta casi 10% a 1100 °C y 5 kbar . La desgasificación ocurre cuando el magma hidratado se eleva, convirtiendo gradualmente el agua disuelta en fase acuosa. Esta fase acuosa es típicamente abundante en volátiles, metales ( cobre , plomo , zinc , plata y oro ) y cationes del Grupo 1 y Grupo 2. Dependiendo de a qué catión esté unido el hidroxilo, impacta significativamente las propiedades de una erupción volcánica, particularmente su explosividad. [9] Durante condiciones de temperatura y presión inusualmente altas que exceden los 374 °C y 218 bar, el agua entra en un estado de fluido supercrítico y ya no es un líquido o un gas. [9]
Los datos isotópicos de varias ubicaciones dentro de la dorsal mesoatlántica indican la presencia de rocas ígneas intrusivas máficas a félsicas, incluyendo gabro , diorita y plagiogranito . [11] Estas rocas mostraron un metamorfismo de alto grado debido a la presencia de agua magmática, que superó los 600 °C. Esta deformación agotó las rocas anfitrionas de 18 O, lo que llevó a un análisis adicional de la relación de 18 O a 16 O ( δ 18 O ). [11]
El agua en equilibrio con los fundidos ígneos debería tener la misma firma isotópica para 18 O y δ 2 H . Sin embargo, los estudios isotópicos del agua magmática han demostrado similitudes con el agua meteórica , lo que indica la circulación de sistemas de agua subterránea magmática y meteórica. [12]
Los análisis isotópicos de inclusiones fluidas indican un amplio rango de contenido de δ 18 O y δ 2 H. [13] Los estudios dentro de estos ambientes han mostrado una abundancia de 18 O y una disminución de 2 H en relación con SMOW y aguas meteóricas. Dentro de los depósitos minerales, los datos de inclusiones fluidas mostraron que la presencia de δ 18 O vs δ 2 H se encuentra dentro del rango esperado.