La petrología ígnea
La petrología ígnea se ocupa de la identificación, clasificación, origen, evolución y procesos de formación y cristalización de las rocas ígneas. La mayoría de las rocas disponibles para su estudio provienen de la corteza terrestre, pero unas pocas, como las eclogitas, derivan del manto. El ámbito de la petrología ígnea es muy amplio porque las rocas ígneas constituyen la mayor parte de las costras continental y oceánica y de los cinturones montañosos del mundo, cuya edad oscila entre el Arcaico temprano y el Neógeno, y también incluyen las rocas extrusivas volcánicas de alto nivel y las rocas plutónicas que se formaron en las profundidades de la corteza. La geoquímica, que se ocupa de la composición de elementos principales y traza de las rocas ígneas, así como de los magmas de los que surgieron, es de suma importancia para la investigación de la petrología ígnea. Algunos de los principales problemas en el ámbito de la petrología ígnea son (1) la forma y estructura de los cuerpos ígneos, ya sean coladas de lava o intrusiones graníticas, y sus relaciones con las rocas circundantes (son problemas que se estudian en el campo); (2) la historia de cristalización de los minerales que componen las rocas ígneas (se determina con el microscopio polarizador petrográfico); (3) la clasificación de las rocas en función de las características texturales, el tamaño de los granos y la abundancia y composición de los minerales constituyentes; (4) el fraccionamiento de los magmas madre por el proceso de diferenciación magmática, que puede dar lugar a una secuencia evolutiva de productos ígneos genéticamente relacionados (5) el mecanismo de generación de magmas por fusión parcial de la corteza continental inferior, del manto suboceánico y subcontinental y de las losas subductoras de la litosfera oceánica; (6) la historia de la formación y la composición de la corteza oceánica actual determinada a partir de los datos del Programa Integrado de Perforación Oceánica (IODP) (7) la evolución de las rocas ígneas a través del tiempo geológico; (8) la composición del manto a partir de los estudios de las rocas y la química mineral de las eclogitas llevadas a la superficie en tubos de kimberlita; (9) las condiciones de presión y temperatura a las que se forman los diferentes magmas y a las que cristalizan sus productos ígneos (determinadas a partir de la petrología experimental de alta presión).
El instrumento básico de la petrología ígnea es el microscopio polarizador petrográfico, pero la mayoría de los instrumentos utilizados hoy en día tienen que ver con la determinación de la química de las rocas y los minerales. Entre ellos se encuentran el espectrómetro de fluorescencia de rayos X, el equipo para el análisis de activación de neutrones, el espectrómetro de plasma acoplado por inducción, la microsonda electrónica, la sonda iónica y el espectrómetro de masas. Estos instrumentos están altamente informatizados y automatizados y producen análisis rápidamente (véase más abajo Geoquímica). Los complejos laboratorios experimentales de alta presión también proporcionan datos vitales.
Con una amplia gama de instrumentos sofisticados disponibles, el petrólogo ígneo es capaz de responder a muchas preguntas fundamentales. El estudio del fondo oceánico se ha combinado con la investigación de los complejos de ofiolitas, que se interpretan como losas del fondo oceánico que han sido empujadas hacia los márgenes continentales adyacentes. Los ofiolitos proporcionan una sección mucho más profunda del fondo oceánico que la que ofrecen los núcleos de perforación poco profundos y las muestras de dragado del fondo oceánico existente. Estos estudios han demostrado que la capa volcánica superior está formada por basaltos toleíticos o basaltos de dorsales oceánicas que cristalizaron en una grieta o dorsal de acreción en medio de un océano. Una combinación de la química de los minerales del basalto y la petrología experimental de dichas fases permite a los investigadores calcular la profundidad y la temperatura de las cámaras de magma a lo largo de la dorsal oceánica media. Las profundidades se acercan a los seis kilómetros y las temperaturas oscilan entre los 1.150 °C y los 1.279 °C. La investigación petrológica exhaustiva de todas las capas de un ofiolito permite determinar la estructura y la evolución de la cámara magmática asociada.
En 1974 B.W. Chappell y A.J.R. White descubrieron dos tipos principales y distintos de roca granítica: los granitoides de tipo I y de tipo S. El tipo I tiene relaciones de estroncio-87/estroncio-86 inferiores a 0,706 y contiene magnetita, titanita y allanita, pero no muscovita. Estas rocas se formaron por encima de las zonas de subducción en los arcos insulares y en los márgenes continentales activos (en subducción) y, en última instancia, se derivaron de la fusión parcial del manto y de la litosfera oceánica subductada. Por el contrario, los granitoides de tipo S tienen relaciones de estroncio-87/estroncio-86 superiores a 0,706 y contienen moscovita, ilmenita y monacita. Estas rocas se formaron por la fusión parcial de la corteza continental inferior. Las que se encuentran en el Himalaya se formaron durante la época del Mioceno, hace unos 20.000.000 de años, como resultado de la penetración de la India en Asia, que engrosó la corteza continental y luego provocó su fusión parcial.
En los arcos insulares y los márgenes continentales activos que bordean el océano Pacífico, hay muchas rocas volcánicas y plutónicas diferentes que pertenecen a la serie calcoalcalina. Entre ellas se encuentran el basalto, la andesita, la dacita, la riolita, la ignimbrita, la diorita, el granito, la peridotita, el gabro y la tonalita, la trondjemita y la granodiorita (TTG). Suelen aparecer en vastos batolitos, que pueden alcanzar varios miles de kilómetros de longitud y contener más de 1.000 cuerpos graníticos separados. Estas rocas calcoalcalinas TTG representan el principal medio de crecimiento de la corteza continental a lo largo de todo el tiempo geológico. Se les dedica una gran cantidad de investigación para tratar de determinar las regiones de origen de sus magmas madre y la evolución química de los magmas. En general, se admite que estos magmas proceden en gran medida de la fusión de una losa oceánica subducida y de la cuña de manto hidratada que la recubre. Una de las principales influencias en la evolución de estas rocas es la presencia de agua, que se derivó originalmente de la deshidratación de la losa subductada.