Download Un proceso de diferenciación magmática inverso en las Islas Colum

ISSN: 0583-7510
Bol. R. Soc. Esp. Hist. Nat. Sec. Geol., 106, 2012, 99-103
Un proceso de diferenciación magmática inverso en las Islas Columbretes (Castellón, España)
An inverse magmatic differentiation process in Columbretes Islands (Castellón,
Spain)
Alfredo Aparicio
Departamento de Dinámica Terrestre, Instituto de Geociencias CSIC-UCM, José Gutierrez Abascal 2, 28006
Madrid, [email protected]
Recibido: 9-enero-2012. Aceptado: 28-marzo-2012. Publicado en formato electrónico: 15-mayo-2012
Palabras clave: Volcanismo, Diferenciación magmática, Geocronología
Key words: Volcanism, Magmatic differentiation, Geochronology
Resumen
Las Islas Columbretes están constituidas por rocas volcánicas de composición fonolítica y basanítica presentando
edades muy similares en un abanico que abarca desde 0,27 Ma a 1,09 Ma. Algunas características composicionales
como el contenido en TR y las relaciones 87Sr/86Sr junto a cálculos teóricos de evolución magmática (CF) permite
generar las rocas basaníticas como el resultado de un proceso de asimilación-cristalización fraccionada ACF a partir
de un magma fonolítico.
Abstract
The volcanic Columbretes islands are formed by basanitic and phonolitic rocks with similar age (0.27 Ma to 1.09
Ma ). Some geochemical features as REE contents and 87Sr/86Sr isotopic relationships, joined to the FC calculations
allow to consider the basanitic rocks as the result of an inverse process of assimilation-differentiation (AFC) from
phonolitic magma.
1. Introducción
Las Islas Columbretes (IC) se sitúan en el
borde occidental mediterráneo a unos 50 km de
la costa española sobre la plataforma continental
(Fig. 1) y en una zona donde la corteza presenta
15 km de espesor (Martin & Suriñach, 1988) de
los cuales los 5 km. más superficiales corresponde
a rocas sedimentarias.
El volcanismo está representado por
secuencias de rocas fonolíticas y basaníticas con
tendencia alcalina y características de intraplaca
(Alonso Matilla, 1985; Aparicio & García,
1995, 2004). Dos de las islas (Grossa y Escull de
Ferrara) están constituidas por conos volcánicos
semisumergidos con depósitos alternantes
hidromagmáticos (surge) y aéreos (lapilli) ambos
de composición basanítica. La edad de estas
basanitas fue establecida por Aparicio et al. (1991)
entre 0,3 y 1 Ma.
El resto de las islas corresponden a afloramientos de coladas fonolíticas con potencia variable
de 1 a 10 m observándose salideros en algunas
islas (Ferrera y Bauzá). Estas coladas presentan
características de emisión submarina con formación de estructuras tipo pillow lavas de diámetro
variable (40-60 cm) y texturas hialoclástíticas. En
isla Foradada afloran igualmente coladas vítreas
fonolíticas de emisión aérea en espesores mucho
más reducidos (~ 1 m), Son los materiales de edad
más reciente que Aparicio et al. (1994) sitúan muy
próxima a la edad de las basanitas.
Las basanitas presentan una mineralogía
característica con fenocristales de chrysolita, augita-diopsido, plagioclasa, kaersutita y magnetita
en una pasta vítrea-microcristalina con zeolitas y
carbonatos.
Son frecuentes los xenocristales de cuarzo
metamórfico y xenolitos de rocas metamórficas
(cuarcitas) y de rocas sedimentarias (calizas y
margas) y algo más escasos de rocas plutónicas
(gabros). Los líticos de basanitas y basaltos de
erupciones mas antiguas son muy abundantes.
Las fonolitas contienen fenocristales de
Bol. R. Soc. Esp. Hist. Nat. Sec. Geol., 106, 2012
A. Aparicio
100
Tabla I.Edad de las rocas fonolíticas de las Islas Columbretes.
- Phonoltic rock age of Columbretes Islands.
Figura 1. Localización de las Islas Columbretes y de los
afloramientos basaníticos y fonolíticos
- Location of Columbretes Islands and outcrops
of basanitic and phonolitic rocks.
sanidina, nefelina, anortoclasa, kaersutita y
pequeños cristales de diópsido-wollastonita y
opacos, en pasta microcristalina o vítrea. Incluyen
también xenolitos de rocas sedimentarias (calizas
y margas), plutónicas (sienitas, gabros), subvolcánicas (traquisienitas) y muy abundantes de rocas
volcánicas (tefritas fonolíticas). Las rocas sálicas
son fundamentalmente de composición fonolítica
pero localmente pueden presentar composiciones
de fonolitas tefríticas debido a procesos de mingling (Garcia & Aparicio, 1999) entre fonolitas y
tefritas fonolíticas.
2. Resultados y discusión
En un primer análisis Aparicio et al. (1994)
consideraron la existencia de dos magmas
primarios (básico y sálico) que generados en
diferentes niveles del manto erupcionan en
períodos de tiempo próximos. En la cámara
magmática fonolítica se generan además pequeños
Bol. R. Soc. Esp. Hist. Nat. Sec. Geol., 106, 2012
Muestra
%K
7461
7483
7494
3.33
4.56
4.37
Arrad,nl/g
%40Arair
Edad, Ma
0.034
<0.001
<0.001
96.8
100.0
100.0
0.27±0.05
---
40
núcleos diferenciados de tefritas fonolíticas
(Aparicio et al., 1994). Procesos de diferenciación
magmática (CF y ACF) del magma básico
generando un magma fonolítico no pudieron ser
demostrados (Aparicio et al., 1994, Aparicio &
Garcia, 1995) y no se trabajó sobre un proceso
de diferenciación magmático inverso aunque
algunos datos mineralógicos indicaban una cierta
relación genética entre fonolitas y basanitas,
como la presencia común de kaersutita, ausencia
de enclaves de fonolita o basanita en las rocas
volcánicas, edades próximas, etc.
En el estudio geocronológico realizado
por Aparicio et al. (1991) las rocas basaníticas
daban edades comprendidas entre los 0,3 y 1
Ma. El análisis geocronológico realizado sobre
3 muestras de fonolitas (Tabla I) seleccionadas
en diferentes coladas e islas muestra tan sólo
valores significativos en una de ellas, con una
edad de 0,27 Ma, que es muy similar a la inferior
de la serie basanítica y que manifiesta la emisión
contemporánea de ambos magmas.
En el análisis isotópico ( 87Sr / 86Sr ) de diferentes muestras de basanitas, fonolitas y enclaves,
subvolcánicos y plutónicos (Tabla II) se observan
valores muy bajos (~0,702) que determinan tanto
para fonolitas como basanitas su origen mantélico
aunque valores de 0,703 se muestran más frecuentes, incluso en enclaves plutónicos y subvolcánicos. Son significativos los valores de 0,7040,706 que nos aproximarían a una fuerte contaminación producida por elementos externos asimilados por ambos tipos volcánicos y que podemos
identificarlos con los xenolitos de rocas sedimentarias y metamórficas englobados en ambas formaciones volcánicas (fonolitas y basanitas).
En el mismo sentido se hicieron análisis
de tierras raras (TR) en rocas volcánicas,
subvolcánicas y plutónicas (Tabla III), obteniendo
un spider-diagrama normalizado con los valores
de condrita expresadas en el trabajo de Nakamura
(1974) (Fig. 2). Los contenidos en TR de las
basanitas se muestran sensiblemente superiores
a los de las rocas sálicas y similares a los de las
tefritas fonolíticas, mostrando una evolución
inversa desde la fuente fonolítica a las rocas
basaníticas.
Como dijimos anteriormente modelos
teóricos CF y ACF en la secuencia basanitas →
fonolitas no han podido confirmarse (García &
Aparicio, 1999) pero sí en el sentido inverso. Los
Un proceso de diferenciación magmática inverso en las Islas Columbretes (Castellón, España)
101
Tabla II. Relaciones isotópicas de Rb-Sr en las rocas volcánicas y enclaves plutónicos de las Islas Columbretes.
- Isotopic relationships of Rb-Sr in volcanic and plutonic enclaves of Columbretes Islands.
Muestra
7469
7491
7478
7455
7457
7449
7446
2120
7451
7483
7168
7474
2086
7194
7153
7452
7446
Clasificación TAS
[Rb] ppm
Sr87
Rb87
11.14
108.2
133.9
30.36
77.96
13.38
27.29
52.99
39.88
121.69
12.92
126.6
28.95
152.1
104.5
140.8
44.28
1452
485.9
372.5
792.0
55.86
885.3
1122
824.1
309.4
431.1
1246
501.8
987.1
579.2
627.9
60.86
450.4
0.02220
0.64372
1.03915
0.11083
4.03580
0.04372
0.07034
0.18590
0.37285
0.81575
0.03000
0.72955
0.08482
0.75932
0.48110
6.68936
0.28426
Basanita
Fonolita
Fonolita
Gabro
Traquisienita
Gabro
Tefrita fonolítica
Basanita
Traquisienita
Fonolita
Basanita
Fonolita tefrítica
Foidita
Fonolita
Sienita
Sienita
Fonolita
87
Sr/ 86Sr
± 2s
0.705319
0.703087
0.703014
0.703267
0.703538
0.703264
0.702998
0.702940
0.706937
0.702963
0.704659
0.704622
0.704023
0.703084
0.703022
0.703778
0.703019
16
14
12
14
18
14
18
12
12
13
19
12
16
14
21
13
15
Tabla III. Composición química de las rocas volcánicas y enclaves plutónicos de las islas Columbrete. La clasificación
de las rocas volcánicas (TAS) según el programa SINCLAS de Verma et al. (2002).
- Chemical composition of volcanic rocks and plutonic enclaves of Columbretes Islands. The volcanic rocks
classification (TAS ) after SINCLAS program by Verma et al. (2002).
2078
2107
7492
7482
7462
7446
7465
7446
7461
7453
Basanita
Basanita
Fonolita
Fonolita
Fonolita
tefrítica
Fonolita
tefrítica
Fonolita
tefrítica
Tefrita
fonolítica
Traquita
Sienita
SiO2
TiO2
Al2O3
Fe2O3
FeO
MnO
MgO
CaO
Na2O3
K2O
P2O5
H2O
Total
43,39
3,18
14,17
5,17
5,44
0,16
9,41
10,16
3,74
0,99
0,85
3,21
99,87
41,83
2,73
14,86
5,06
5,75
0,16
9,84
10,52
3,66
0,52
0,88
3,81
99,62
58,00
0,54
20,43
3,32
0,43
0,11
0,90
2,70
8,00
4,88
0,15
0,12
99,58
57,00
0,81
20,31
2,25
2,54
0,12
0,92
3,20
7,64
4,58
0,25
0,26
99,88
52,64
1,38
19,85
5,53
0,23
0,13
1,69
4,28
7,53
3,88
0,48
1,87
99,49
54,73
1,05
20,14
5,14
0,08
0,14
1,54
3,90
7,94
3,73
0,33
1,13
99,85
52,70
1,13
20,47
4,39
1,04
0,12
1,55
4,06
6,12
4,39
0,88
3,10
99,95
47,00
2,61
17,26
10,59
0,24
0,17
3,75
7,88
6,34
2,16
1,03
0,91
99,94
58,00
1,24
14,57
5,85
0,19
0,14
1,50
4,74
7,02
4,04
0,42
1,81
99,52
56,27
0,81
21,32
3,80
0,67
0,20
0,63
3,57
6,32
5,43
0,36
0,47
99,85
La
Ce
Pr
Nd
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
46,89
85,84
10,42
40,56
8,30
2,56
7,04
1,00
5,11
0,95
2,26
0,30
1,83
0,26
46,67
84,20
10,36
39,83
8,15
2,51
7,06
0,98
4,95
0,94
2,17
0,30
1,75
0,24
29,43
49,67
4,93
15,55
2,70
0,78
2,08
0,32
1,78
0,39
1,05
0,16
1,01
0,16
32,88
60,53
5,92
19,43
3,40
1,03
2,75
0,41
2,41
0,50
1,45
0,21
1,36
0,19
40,47
76,03
7,14
24,52
4,42
1,34
3,63
0,55
3,31
0,65
1,85
0,27
1,83
0,28
39,74
80,43
7,33
25,84
4,30
1,36
3,65
0,53
2,95
0,60
1,61
0,25
1,51
0,23
45,89
68,18
7,43
25,18
4,20
1,27
3,51
0,52
3,08
0,61
1,73
0,26
1,77
0,26
66,65
124,54
13,79
52,18
9,63
3,02
8,11
1,14
5,97
1,13
2,76
0,39
2,38
0,35
41,59
72,08
7,06
23,96
4,39
1,30
3,59
0,54
3,16
0,62
1,,75
0,27
1,72
0,26
55,01
98,09
9,83
31,95
5,19
1,77
4,41
0,65
3,82
0,73
1,78
0,28
1,76
0,26
Muestra
Bol. R. Soc. Esp. Hist. Nat. Sec. Geol., 106, 2012
102
A. Aparicio
Figura 2.- Diagrama spider roca /condrita (Nakamura 1974) mostrando la evolución de las rocas volcánicas y
plutónicas de las Islas Columbretes.
- Spider diagram rock/chondrite (Nakamura 1974) showing the evolution of volcanic and plutonic rocks of
Columbretes Islands.
cálculos realizados con el programa IGPETWIN
(Carr, 1994) corroboran esta posibilidad. Se han
utilizado los análisis de rocas (elementos mayores
y menores) y minerales publicados por Aparicio
et al. (1995).
En la Tabla IV se indican los minerales que
han sido usados en los cálculos, con un promedio
de cinco minerales para cada cálculo, así como
los valores de la suma de los cuadrados de los
residuales, con diferentes muestras de fonolitas,
basanitas y minerales constituyentes.
Muchas combinaciones son posibles con
valores de residuales próximos a 1, aunque en
todos los casos el modelo obtenido es de tipo ACF
lo que incluye asimilación y diferenciación.
3. Conclusiones
En esta propuesta las rocas volcánicas de las
Islas Columbretes presentan un modelo evolutivo diferente a las secuencias evolutivas clásicas
de diferenciación magmática. Se observa como
las relaciones isotópicas determinan un origen
mantélico con contaminación-asimilación. Una
Bol. R. Soc. Esp. Hist. Nat. Sec. Geol., 106, 2012
identidad en los modelos de TR, muestran una
relación genética entre ambas litologías. Los cálculos teóricos confirman procesos de ACF desde
fonolita como roca padre a basanita como roca
hija, en un proceso inverso no evidenciado hasta
ahora. Aparicio et al. (1994) consideran la existencia de una sola cámara magmática donde en
diversos puntos de la misma se diferencian rocas
volcánicas básicas y otros tipos subvolcánicos y
plutónicos. El magma básico generado tendría un
menor volumen que el fonolítico (lo que corresponde igualmente con lo observado en superficie,
donde hay mayor presencia de rocas fonolíticas).
Aunque no existen precedentes sobre inversiones
magmáticas, en procesos de diferenciación por
CF, el hecho podía ser estudiado en otras áreas
donde el volumen de rocas sálicas supere al de rocas básicas. Así por ejemplo en las Islas Canarias,
en Tenerife la Serie Cañadas (Araña, 1971) puede
representar un nuevo ejemplo de diferenciación
inversa con presencia masiva de rocas sálicas y
un pequeño volumen de basaltos intercalados en
dicha serie.
Un proceso de diferenciación magmática inverso en las Islas Columbretes (Castellón, España)
103
Tabla IV. Cálculo de procesos de diferenciación magmática inversa en rocas volcánicas de las Islas Columbretes.
Composición química de minerales y rocas de las tablas 2, 3, 4, 7 y 8 en Aparicio et al.(1995).
- Calculation of magmatic inverse differentiation processes in volcanic rocks of Columbretes Islands. Chemical
composition of rocks and minerals in tables 2,3,4,7 and 8 in Aparicio et al. (1995).
Padre
(Fonolita)
7492
7494
7494
7493
7493
7493
7493
7493
7491
Hija
(basanita)
7468
7469
7468
7468
2077
2105
2094
7468
2120
Minerales
de
fonolita
PX 7472
ANF7494
PL7478
AC7494
SA7494
PX7494
ANF7494
PL7494
AC7494
SA7494
PX7494
ANF7494
PL7494
AC7494
SA7494
PX7478
ANF7478
PL7494
AC7494
SA7494
PX7478
ANF7478
PL7494
AC7494
SA7494
PX7478
ANF7478
PL7494
AC7494
SA7494
PX7478
ANF7494
PL7494
AC7494
SA7494
PX7474
ANF7478
PL7478
AC7478
SA7494
PX7478
ANF7478
PL7494
AC7494
SA7494
Suma
de los
cuadrados
residuales
0,959
0,852
1,147
0,885
0,996
0,936
0,917
1,121
1,151
PX = Piroxeno ANF = Anfibol PL = Plagioclasa AC = Anortoclasa
Agradecimientos
Este trabajo fue parcialmente financiado
por los proyectos del Ministerio de Ciencia e
Innovación CGL 2008- 05584-CO2-01 y CGL2011-27826-CO2-02. A la Consellería de Territori
i Habittage de la Generalitat Valenciana y al
personal de vigilancia y guardería de la Reserva
Natural de las Islas Columbretes por su inestimable
colaboración. A mis compañeros Carmen Sendra y
José Arroyo por su ayuda en la composición del
trabajo.
En especial a los dos revisores del trabajo
que contribuyeron a permitir la entrada de otras
posibilidades científicas en el mundo de los
magmas y sus procesos.
Bibliografía
Alonso Matilla, L.A. 1985. Variaciones petroquímicas en el vulcanismo de las Islas Columbretes
(Castellón). Estudios Petrológicos de la Comunidad Valenciana. Publicaciones de la cátedra de
Geología. págs 59-101.Universidad Politécnica
de Valencia.
Aparicio, A., Mitjavila, J.M., Araña, V. & Villa, J.M.
1991. La edad del volcanismo de las islas Columbrete Grande y Alborán (Mediterráneo Occidental). Boletín Geológico Minero, 102: 562-570.
Aparicio, A., Araña, V., Garcia, R. & Grachev, A.
SA = Sanidina
1994. The origin of the Columbretes Islands basanitic and phonolitic magmas (Western Mediterranean). Mineralogical Magazine, 58A: 21-22.
Aparicio, A. & Garcia, R. 1995. El volcanismo de las
Islas Columbretes (Mediterráneo Occidental).
Quimismo y mineralogía. Boletín Geológico
Minero, 106: 468-488.
Aparicio , A. & Garcia, R. 2004. The development of
vulcanism on the Columbrete Islands (Western
Mediterranean): lithological diversity and petrogenesis. III Pic Island International Volcanological Meeting. Abstract book , págs. 17-18. Azores.
Portugal.
Araña ,V. 1971. Litologia y estructura del Edificio Cañadas. Estudios Geológicos, 27: 95-135.
Carr, M.J. 1994. IGPETWIN: Igpet for windows petrology software. Somerset, Terra Soft. Inc.USA.
Garcia, R. & Aparicio, A. 1999. Un proceso de mingling en las Islas Columbretes. Diversidad química. Boletín Real Sociedad Española Mineralogía,
22A : 51-52.
Martín, P. & Suriñach, E. 1988. Estructura de la corteza en la zona entre Ibiza y Castellón. Primeros
resultados. Xarses sismiques. Instrumentació i
aplicació a la sismotectonica. Colleccio Actes, 5:
521-537. Generalitat de Catalunya.
Nakamura, N. 1974. Determination of REE, Ba, Fe,
Mg, Na and K in carbonaceous and ordinary
chrondrites. Geochimica Cosmochimica Acta,
38: 757-775.
Verma , S.P., Torres Alvarado, I.S. & Sotero Rodriguez, Z.T. 2002. SINCLAS: Standard igneous
norm and volcanic rock clasification system.
Computer Geosciences, 28: 711-715.
Bol. R. Soc. Esp. Hist. Nat. Sec. Geol., 106, 2012