Fragmentos del interior de la Tierra

Fragmentos del interior de la Tierra: LOS XENOLITOS

María Guadalupe Dávalos Elizondo Augusto Antonio Rodríguez Díaz

El interior de la Tierra siempre ha sido un misterio desde la An-

tigüedad; algunos pueblos, como los sumerios y los griegos, concebían la Tierra de forma plana y creían que debajo de ella se encontraba un mundo subterráneo; otros, como los hindúes, consideraban que la Tierra estaba conformada por anillos concéntricos de mares y tierras alternados; incluso las profundidades de nuestro planeta han llamado la atención de la literatura, como es el caso de la novela de Julio Verne con su Viaje al centro de la Tierra.

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Introducción

Conforme el estudio de la geología ha ido profundizando en ideas y descubrimientos, nos hemos dado cuenta de que nuestro planeta se compone de tres capas principales conocidas como corteza, manto y núcleo (ver fi g. 1). Cada una de estas zonas presenta características y propiedades únicas que las diferencian entre sí.

Si queremos describir el interior terrestre, encontramos que el núcleo de nuestro planeta está formado, principalmente, de una aleación metálica de hierro-níquel (Fe-Ni) que se compone de un centro sólido a más de 6700 °C, que a su vez está rodeado por un núcleo externo líquido con un radio de 3846 km, aproximadamente, y corresponde a una tercera parte de la masa total del planeta.1

La segunda capa de la Tierra, denominada manto terrestre, es la zona que ocupa mayor volumen, alrededor de 82% del total, y tiene casi 2900 km de espesor.2 Esta capa terrestre se compone principalmente de rocas ultramáfi cas con minerales silicatados (SiO2) de magnesio (Mg) y hierro (Fe).

La última capa terrestre es la más superfi cial y es donde nosotros habitamos; llamada corteza, tiene un espesor de unos 5 km en zonas de piso oceánico y hasta de 70 km en regiones continentales montañosas, como es el caso de los Himalaya. La corteza suele dividirse en dos tipos, oceánica y continental; la primera representa 20% del volumen total de la masa de la Tierra y la segunda sólo cubre 0.4% de dicho volumen.3

La corteza y la parte superior del manto es donde se llevan a cabo la mayoría de los proce-

1 Tarbuck, E. J. y F. K. Lutgens, Ciencias de la Tierra : una introducción a la geología física, 6a. ed., Prentice Hall, Madrid, 2000, 540 pp. 2 Idem. 3 Idem.

Corteza

Corteza Manto

Núcleo interno Núcleo externo

Figura 1. Las tres capas que componen la Tierra: núcleo, manto y corteza.

sos responsables de la actividad volcánica y de los terremotos hacia la superfi cie.

¿Cómo conocemos el interior de la Tierra?

La manera en que se ha podido conocer los misterios del interior de la Tierra y a su vez comprobar su veracidad es por medio de métodos indirectos gracias a la geofísica y mediante evidencias directas en las rocas que los geólogos observan y estudian en campo.

Algunas de las evidencias indirectas que han ayudado a conocer mejor el interior de la Tierra proceden del estudio de las ondas sísmicas, pues los terremotos ocurren en nuestro planeta desde su origen y surgen en algún sitio donde son registrados. La técnica consiste en determinar el tiempo que las ondas necesitan para desplazarse desde un sismo hasta una estación sismográfi ca, dado que el tiempo necesario para que éstas viajen a través del interior de la Tierra depende de las propiedades de los materiales que cruzan.

Si la Tierra fuera un cuerpo homogéneo, las ondas sísmicas se propagarían a través de él en todas direcciones, y viajarían en línea recta a una velocidad constante. Sin embargo, esto no sucede así (ver fi g. 2). De hecho, ocurre que las ondas sísmicas que llegan a los sismógrafos localizados en los puntos más alejados de los terremotos viajan a velocidades medias mayores de las que se registran en ubicaciones más próximas al acontecimiento. Este incremento general de la velocidad con la profundidad es una consecuencia del aumento de presión, que resalta las propiedades físicas y composicionales de las rocas sepultadas en el interior de nuestro planeta.4 Además de los cambios graduales en la velocidad de las ondas sísmicas, los sismógrafos también registran variaciones abruptas de las velocidades a profundidades concretas en todo el mundo. Este fenómeno hace pensar a los geofísicos y geólogos que la Tierra está formada de capas con propiedades variables.

Otros caminos que permiten conocer el interior de la Tierra son la observación del terreno o las perforaciones de exploración o explotación de hidrocarburos o yacimientos minerales que en general son inferiores a los 7 km de profundidad; otras perforaciones de carácter científi co son más profundas, como la de Kola Well, en Rusia, de 13 km de profundidad.5 Sin embargo, el acceso directo hacia capas más profundas es limitado. En algunas ocasiones la actividad geológica en nuestro planeta nos permite tener acceso a material directo de las profundidades

4 Stein, S. y M. Wysession, An introduction to seismology, earthquakes, and earth structure, Blackwell Publishing, Oxford, 2003, 498 pp. 5 Tarbuck, E. J. y F. K. Lutgens, 2000, op. cit.

a) b)

Figura 2. a) Esquema donde se muestra el comportamiento de las ondas sísmicas si la Tierra fuera homogénea. b) Las ondas sísmicas y su propagación real en nuestro planeta.

5 Tarbuck, E. J. y F. K. Lutgens, 2000, op. cit. 6 Dawson, J. B., Kimberlites and their Xenoliths, Springer-Verlag,

Nueva York, 1980, 252 pp.; Johnson, Intraplate Volcanism, Cambridge University Press, Cambridge, 1989, 408 pp. 7 Luhr, J. F. y J. J. Aranda-Gómez, “Mexican peridotite xenoliths and tectonic terranes; correlations among vent location, texture, temperature, pressure and oxygen fugacity”, en Journal of Petrology, núm. 38, 1997, pp. 1075-1112; Elías-Herrera, M. y

F. Ortega-Gutiérrez, “Petrology of high-grade metapelitic xenoliths in an Oligocene rhyodacite plug –Precambrian crust beneath the southern Guerrero terrane, Mexico?”, en Revista

Mexicana de Ciencias Geológicas, núm. 14, 1997, pp. 101-109;

Urrutia-Fucugauchi, J. y R. M. Uribe-Cifuentes, “Lower crustal xenoliths from the Valle de Santiago Maar Field, Michoacan-

Guanajuato Volcanic Field, Central Mexico”, en International

Geology Review, núm. 41, 1999, pp. 1067-1081; Aguirre-Díaz, et al., “Nature and P-T conditions of the crust beneath the central Mexican Volcanic Belt based on a Precambrian crustal xenolith”, en International Geology Review, núm. 44, 2002, pp. 222-242; Treviño-Cázares, et al., “Mantle Xenoliths and Their

Host Magmas in the Eastern Alkaline Province, (NE Mexico)”, en International Geology Review, núm. 47, 12, 2005, pp. 12601286; Corona-Chávez, et al., “Asimilación de xenolitos graníticos en el campo volcánico Michoacán-Guanajuato: el caso de

Arócutin Michoacán, México”, en Revista Mexicana de Ciencias

Geológicas, núm. 23, pp. 233-245.

terrestres; tal es el caso de los xenolitos, que no son otra cosa que fragmentos de roca provenientes del manto superior, de la corteza inferior, o ambos, que suelen ser arrastrados a la superfi cie por una roca distinta que tiene su origen en algún evento volcánico. El término xenolito deriva de las palabras griegas xenos “extraño” y lithos “roca”, y su estudio ha permitido tener una concepción más clara de la naturaleza del interior de la Tierra.

Una ventana al interior de la Tierra

Los xenolitos pueden encontrarse en muy diversos lugares alrededor de nuestro planeta, tanto en continente como en islas, aunque suelen predominar aquellos que están relacionados con vulcanismo intraplaca (o intracontinental), el cual se origina debido a fracturas muy profundas en la corteza.6 En México, por ejemplo, se han encontrado este tipo de materiales en San Luis Potosí, Tamaulipas, Michoacán y Puebla, asociados a rocas volcánicas.7 El mecanismo de

Volcán Lava

Cuello volcánico

Cámara magmática Xenolito

Magma

Corteza Litosfera

Astenosfera Xenolito

Corteza

Magma

Figura 3. Proceso de formación y ascenso de magma donde es posible encontrar xenolitos.

ascenso de estos materiales ocurren por medio del magma, que es una roca en estado fundido; dado que el magma es menos denso que la roca circundante o encajonante, su fuerza ascensional lo impulsa hacia arriba, a la superfi cie.

A profundidades de varios kilómetros, las rocas encajonantes están sometidas a temperaturas y presiones muy elevadas. Por tanto, se deforman conforme el magma ascendente va abriéndose camino “a la fuerza”. A medida que el magma sigue ascendiendo, parte de la roca encajonante que fue empujada a los lados llenará el espacio que el cuerpo magmático va dejando a medida que pasa. Conforme un cuerpo magmático se aproxima a la superfi cie, encuentra rocas que se resisten a la deformación debida a su ascenso. El sucesivo y abrupto movimiento ascendente se lleva a cabo por un proceso de arranque, donde la inyección de magma desaloja fragmentos de roca encajonante y los incorpora en el cuerpo magmático. Estos fragmentos quedan como restos de roca no fundida de la roca encajonante o son fundidos e incorporados al magma por un proceso conocido como asimilación (ver fi g. 3). El magma se enfría de manera gradual durante su ascenso, lo que reduce su velocidad y puede o no llegar a la superfi cie, en gran medida por la resistencia que ofrece la corteza superior de la Tierra.8 Este proceso, ya descrito, a veces arrastra xenolitos desde muy diversas profundidades y naturaleza.

Los xenolitos

Los xenolitos pueden clasifi carse de manera general en dos tipos: xenolitos corticales, que por lo regular son de regiones someras y, como su nom-

8 Borley, G. D., P. Suddaby, P. Scott, “Some xenoliths from the alkaline rocks of Teneriffe, Canary Island”, en Contribution to Mineralogy and Petrology, núm. 31, pp. 102-114.

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Figura 4. Muestra de xenolito proveniente del campo volcánico Eifel, en Alemania.

bre lo indica, provenientes de la corteza terrestre, y xenolitos del manto, de regiones mucho más profundas que corresponden al manto superior terrestre. Estos últimos han aportado gran información acerca de las características y propiedades de esta segunda capa de la Tierra. Es así como se ha podido saber que la composición del manto es de tipo ultramáfi co,9 es decir, que los xenolitos presentan principalmente minerales silicatados de tipo ferro-magnesiano como olivino ((MgFe)2SiO4) y piroxeno ((CaMgFe)(Si, Al)2O6), así como fases de aluminio (Al) como espinela (MgAl2O4), plagioclasa ((Na, Ca)(Si, Al)4O8) y granate ((CaMgFe)3(AlFeCr)2(SiO4)3). Los xenolitos suelen califi carse como rocas de tipo peridotita, en alusión a su alto contenido en olivino (ver fi g. 4), el cual es un mineral verde oliva que en su variedad de calidad gema se llama peridoto, palabra que proviene del griego peri, “alrededor” y dona, “don”, para aludir a la abundancia de caras de sus cristales.10

En la actualidad, el estudio científi co de xenolitos del manto es de suma importancia para comprender los procesos que se generan en el interior de nuestro planeta, así como conocer mejor las propiedades fi sicoquímicas del manto terrestre. Las numerosas investigaciones que se han hecho en estas “rocas especiales” nos ha permitido conocer las temperaturas (~ 900 – 1000°C) y presiones (equivalentes desde 8 a 55 km de profundidad) por debajo de la corteza terrestre; el tipo de fl uidos y gases que pueden estar presentes en esta capa profunda de la Tierra, así como las deformaciones y transformaciones a las que están sujetas las rocas en este medio.

9 Aranda-Gómez, J. J. y F. Ortega-Gutiérrez, Mantle xenoliths in

Mexico, Nixon, P. H. (ed.), John Wiley & Sons, N. J., 1987, pp. 267-280; Treviño-Cázares, et al., 2005, op. cit. 10 Medenbach, O. y C. Sussieck-Fornefeld, Minerales. Guías de Naturaleza Blume, Blume, Barcelona, 2002, 287 pp.

Referencias: AGUIRRE-DÍAZ, G., M. Dobois, J. Laureyns, P. Schaaf,

“Nature and P-T conditions of the crust beneath the central Mexican Volcanic Belt based on a Precambrian crustal xenolith”, en International Geology

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Sons, N. J., 1977, pp. 267-280. BORLEY, G. D., P. Suddaby, P. Scott, “Some xenoliths from the alkaline rocks of Teneriffe, Canary Island”, en Contribution to Mineralogy and Petrology, núm. 31, pp. 102-114. CORONA-CHÁVEZ, P., M. Reyes-Salas, V. H. Garduño-

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