Intrusión ígnea

En geología, una intrusión ígnea (o cuerpo intrusivo o simplemente intrusión) es un cuerpo de roca ígnea intrusiva que se forma por la cristalización del magma que se enfría lentamente debajo de la superficie de la Tierra. Las intrusiones tienen una amplia variedad de formas y composiciones, ilustradas por ejemplos como Palisades Sill en Nueva York y Nueva Jersey; las montañas Henry en Utah; el complejo ígneo Bushveld en Sudáfrica; Shiprock en Nuevo México; la intrusión Ardnamurchan en Escocia; y el batolito de Sierra Nevada en California.

Debido a que la roca sólida del terreno en el que se introduce el magma es un excelente aislante, el enfriamiento del magma es extremadamente lento y la roca ígnea intrusiva es de grano grueso (fanerítica). Las rocas ígneas intrusivas se clasifican por separado de las rocas ígneas extrusivas, generalmente sobre la base de su contenido mineral. Las cantidades relativas de cuarzo, feldespato alcalino, plagioclasa y feldespatoides son particularmente importantes para clasificar las rocas ígneas intrusivas.

Las intrusiones deben desplazar el country rock existente para dejar espacio para ellas mismas. La cuestión de cómo ocurre esto se denomina el problema del espacio y sigue siendo un tema de investigación activa para muchos tipos de intrusiones.

El término plutón está mal definido, pero se ha utilizado para describir una intrusión situada a gran profundidad; como sinónimo de todas las intrusiones ígneas; como categoría de basurero para intrusiones cuyo tamaño o carácter no están bien determinados; o como nombre para una intrusión muy grande o para una cámara de magma cristalizada. Un plutón que se ha introducido y ha oscurecido el contacto entre un terreno y una roca adyacente se denomina plutón de costura.

Las intrusiones se dividen en general en intrusiones discordantes, que atraviesan la estructura existente de la roca del terreno, e intrusiones concordantes, que se introducen en paralelo a la estratificación o estructura existente. Estas se clasifican además según criterios como el tamaño, el modo de origen evidente o si tienen forma tabular.

Una suite intrusiva es un grupo de intrusiones relacionadas en el tiempo y el espacio.

Los diques son intrusiones discordantes tabulares que toman la forma de láminas que atraviesan los lechos rocosos existentes. Suelen resistir la erosión, por lo que se destacan como muros naturales en el paisaje. Su espesor varía desde películas de un milímetro hasta más de 300 metros (980 pies) y una lámina individual puede tener una superficie de 12.000 kilómetros cuadrados (4.600 millas cuadradas). También varían ampliamente en su composición. Los diques se forman por fracturación hidráulica de la roca del terreno por magma bajo presión, y son más comunes en regiones de tensión cortical.

Los diques anulares y las láminas cónicas son diques con formas particulares que se asocian con la formación de calderas.

Los cuellos volcánicos son conductos de alimentación de volcanes que han quedado expuestos por la erosión. Las exposiciones superficiales suelen ser cilíndricas, pero la intrusión suele adquirir forma elíptica o incluso de trébol en profundidad. Los diques suelen irradiar desde un cuello volcánico, lo que sugiere que los cuellos tienden a formarse en las intersecciones de los diques donde el paso del magma está menos obstruido.

Las diatremas y los tubos de brecha son cuerpos de brecha con forma de tubo que se forman por tipos particulares de erupciones explosivas. Cuando alcanzan la superficie, en realidad son extrusiones, pero el material que no ha erupcionado es una intrusión y, de hecho, debido a la erosión, puede ser difícil distinguirlo de una intrusión que nunca llegó a la superficie cuando se formó magma o lava. El material de la raíz de una diatrema es idéntico al material intrusivo cercano, si existe, que nunca llegó a la superficie cuando se formó.

Un stock es una intrusión discordante no tabular cuya exposición cubre menos de 100 kilómetros cuadrados (39 millas cuadradas). Aunque esto parece arbitrario, en particular porque la exposición puede ser solo la punta de un cuerpo intrusivo más grande, la clasificación es significativa para cuerpos que no cambian mucho en área con la profundidad y que tienen otras características que sugieren un origen distintivo y un modo de emplazamiento.

Los batolitos son intrusiones discordantes con un área expuesta mayor de 100 kilómetros cuadrados (39 millas cuadradas). Algunos son de un tamaño verdaderamente enorme y sus contactos inferiores rara vez quedan expuestos. Por ejemplo, el Batolito Costero de Perú tiene 1.100 kilómetros (680 millas) de largo y 50 kilómetros (31 millas) de ancho. Generalmente se forman a partir de magma rico en sílice, y nunca de gabro u otra roca rica en minerales máficos, pero algunos batolitos están compuestos casi en su totalidad de anortosita.

Un umbral es una intrusión tabular concordante, que generalmente adopta la forma de una lámina paralela a los lechos sedimentarios. Por lo demás, son similares a los diques. La mayoría son de composición máfica, relativamente bajos en sílice, lo que les da la baja viscosidad necesaria para penetrar entre los lechos sedimentarios.

Un lacolito es una intrusión concordante con una base plana y un techo abovedado. Los lacolitos suelen formarse a poca profundidad, a menos de 3 kilómetros (1,9 millas), y en regiones de compresión de la corteza.

Los lopolitos son intrusiones concordantes con forma de platillo, que se parecen un poco a un lacolito invertido, pero pueden ser mucho más grandes y formarse mediante procesos diferentes. Su inmenso tamaño promueve un enfriamiento muy lento, y esto produce una segregación mineral inusualmente completa llamada intrusión estratificada.

La fuente última del magma es la fusión parcial de la roca del manto superior y la corteza inferior. Esto produce un magma que es menos denso que su roca de origen. Por ejemplo, un magma granítico, que tiene un alto contenido de sílice, tiene una densidad de 2,4 Mg/m3, mucho menor que los 2,8 Mg/m3 de la roca metamórfica de alto grado. Esto le da al magma una tremenda flotabilidad, de modo que el ascenso del magma es inevitable una vez que se ha acumulado suficiente magma. Sin embargo, la cuestión de exactamente cuántas grandes cantidades de magma son capaces de empujar a un lado la roca del terreno para hacer espacio para sí mismas (el problema del espacio) es todavía un tema de investigación.

La composición del magma y de la roca madre y las tensiones que afectan a la roca madre influyen fuertemente en los tipos de intrusiones que se producen. Por ejemplo, cuando la corteza está en proceso de extensión, el magma puede ascender fácilmente hacia fracturas tensionales en la corteza superior para formar diques. Cuando la corteza está bajo compresión, el magma a poca profundidad tenderá a formar lacolitos, y el magma penetrará en los estratos menos competentes, como los estratos de esquisto. Los diques anulares y las capas cónicas se forman sólo a poca profundidad, donde un tapón de roca madre suprayacente puede elevarse o descender. Los inmensos volúmenes de magma involucrados en los batolitos pueden abrirse paso hacia arriba sólo cuando el magma es altamente silícico y flotante, y es probable que lo hagan como diapiros en la corteza profunda dúctil y a través de una variedad de otros mecanismos en la corteza superior frágil.

Las intrusiones ígneas pueden formarse a partir de un único evento magmático o de varios eventos incrementales. Evidencias recientes sugieren que la formación incremental es más común en el caso de intrusiones grandes. Por ejemplo, el Palisades Sill nunca fue un único cuerpo de magma de 300 metros (980 pies) de espesor, sino que se formó a partir de múltiples inyecciones de magma. Un cuerpo intrusivo se describe como múltiple cuando se forma a partir de inyecciones repetidas de magma de composición similar, y como compuesto cuando se forma a partir de inyecciones repetidas de magma de composición diferente. Un dique compuesto puede incluir rocas tan diferentes como granofiro y diabasa.

Si bien a menudo hay poca evidencia visual de múltiples inyecciones en el campo, hay evidencia geoquímica. La zonificación del circón proporciona evidencia importante para determinar si un solo evento magmático o una serie de inyecciones fueron los métodos de emplazamiento.

Las grandes intrusiones félsicas probablemente se forman a partir de la fusión de la corteza inferior que se ha calentado por una intrusión de magma máfico del manto superior. Las diferentes densidades del magma félsico y máfico limitan la mezcla, de modo que el magma silícico flota sobre el magma máfico. Esta mezcla limitada que se produce da como resultado las pequeñas inclusiones de roca máfica que se encuentran comúnmente en los granitos y granodioritas.

Una intrusión de magma pierde calor hacia la roca circundante a través de la conducción térmica. Cerca del contacto de material caliente con material frío, si el material caliente tiene inicialmente una temperatura uniforme, el perfil de temperatura a lo largo del contacto está dado por la relación

$${\displaystyle T/T_{0}={\frac {1}{2}}\frac {2}\f}\f}}}}$$

Donde ${\displaystyle T_{0}$ es la temperatura inicial del material caliente, k es la difusividad térmica (típicamente cerca de 10⁻⁶ m² s⁻¹ para la mayoría de los materiales geológicos), x es la distancia del contacto, y t es el tiempo desde la intrusión. Esta fórmula sugiere que el magma cerca del contacto se enfriará rápidamente mientras el país se calienta rápidamente cerca del contacto, mientras que el material más alejado del contacto será mucho más lento para enfriar o calentar. Así como margen refrigerado se encuentra a menudo en el lado de la intrusión del contacto, mientras que un contacto aureole se encuentra en el lado rock del país. El margen refrigerado es mucho más fino que la mayoría de la intrusión, y puede ser diferente en composición, reflejando la composición inicial de la intrusión antes de la cristalización fraccional, asimilación de la roca del país, o más inyecciones magmáticas modificaron la composición del resto de la intrusión. Isotherms (superficies de temperatura constante) se propagan lejos del margen según una ley de raíz cuadrada, de modo que si el medidor más externo del magma lleva diez años para enfriar a una temperatura determinada, el siguiente medidor interno tardará 40 años, el siguiente tomará 90 años, y así sucesivamente.

Esto es una idealización, y procesos como la convección de magma (donde el magma enfriado junto al contacto se hunde hasta el fondo de la cámara magmática y el magma más caliente ocupa su lugar) pueden alterar el proceso de enfriamiento, reduciendo el espesor de los márgenes enfriados y acelerando el enfriamiento de la intrusión en su conjunto. Sin embargo, está claro que los diques delgados se enfriarán mucho más rápido que las intrusiones más grandes, lo que explica por qué las intrusiones pequeñas cerca de la superficie (donde la roca del terreno está inicialmente fría) suelen tener un grano casi tan fino como la roca volcánica.

Las características estructurales del contacto entre la intrusión y la roca madre dan pistas sobre las condiciones en las que se produjo la intrusión. Las intrusiones catazonales tienen una aureola gruesa que se adentra en el cuerpo intrusivo sin un margen afilado, lo que indica una reacción química considerable entre la intrusión y la roca madre, y a menudo tienen amplias zonas de migmatitas. Las foliaciones en la intrusión y la roca madre circundante son aproximadamente paralelas, con indicaciones de una deformación extrema en la roca madre. Se interpreta que estas intrusiones se produjeron a gran profundidad. Las intrusiones mesozonales tienen un grado mucho menor de metamorfismo en sus aureolas de contacto, y el contacto entre la roca madre y la intrusión es claramente discernible. Las migmatitas son raras y la deformación de la roca madre es moderada. Se interpreta que estas intrusiones se producen a una profundidad media. Las intrusiones epizonales son discordantes con la roca del terreno y tienen contactos marcados con márgenes enfriados, con metamorfismo limitado en una aureola de contacto y, a menudo, contienen fragmentos xenolíticos de roca del terreno que sugieren fracturamiento frágil. Se interpreta que estas intrusiones ocurren a poca profundidad y, por lo general, se asocian con rocas volcánicas y estructuras colapsadas.

Una intrusión no cristaliza todos los minerales a la vez, sino que se produce una secuencia de cristalización que se refleja en la serie de reacciones de Bowen. Los cristales que se forman al principio del enfriamiento son generalmente más densos que el magma restante y pueden asentarse en el fondo de un gran cuerpo intrusivo. Esto forma una capa acumulada con una textura y una composición distintivas. Estas capas acumuladas pueden contener valiosos depósitos minerales de cromita. El vasto complejo ígneo Bushveld de Sudáfrica incluye capas acumuladas de un tipo de roca poco común, la cromitita, compuesta en un 90 % por cromita.

• Plutonismo – Teoría geológica de las rocas íricas de la Tierra formadas por la solidificación del material fundido
• Doma de sal – Cúpula estructural formada de sal o halite
• Salt tectonics – Geometrías y procesos asociados con la presencia de espesores significativos de evaporitas

• Mejor, Myron G. (1982). Petrología Igneosa y Metamórfica. San Francisco: W. H. Freeman & Company. pp. 119 ff. ISBN 0-7167-1335-7.
• Young, Davis A. (2003). La mente sobre Magma: la historia de la Petrología Igneosa. Princeton University Press. ISBN 0-691-10279-1.