Exercicis: El magmatisme i les roques ígnies

Defineix magma i explica els tres factors que poden fer que una roca de l'interior del planeta es fongui: augment de la temperatura, descens de la pressió i aportació d'aigua.

Explica per què la majoria dels volcans actius del planeta s'alineen amb les vores de les plaques litosfèriques, i cita una regió volcànica associada a una vora divergent i una altra a una vora convergent.

Associa cada context de magmatisme amb el tipus de roques ígnies que produeix —dorsal oceànica, zona de subducció i punt calent— triant entre roques bàsiques (basalt, gabre) i intermèdies o fèlsiques (andesita, granit), i cita un arxipèlag famós originat per un punt calent.

Diferencia magma i lava, i roca plutònica (intrusiva) i volcànica (extrusiva), posant un exemple de cada roca i explicant on es refreda cadascuna.

Explica què és la viscositat d'un magma, de quins tres factors depèn (contingut en sílice, temperatura i gasos dissolts) i com influeix la viscositat en el fet que una erupció sigui tranquil·la o explosiva.

Anomena els tres grans grups de productes que emet un volcà (colades de lava, piroclasts i gasos) i associa a cadascun un risc concret per a les poblacions properes.

Què és una caldera volcànica i com es forma? Diferencia-la d'un cràter i cita un exemple a Espanya o al món (Las Cañadas del Teide, Santorí, Yellowstone).

Explica què mesura l'índex d'explosivitat volcànica (IEV), amb quins paràmetres es calcula (volum de material emès, alçària de la columna eruptiva) i per què és una escala oberta semblant a la de magnitud dels terratrèmols.

El tall de l'esquema mostra tres contextos on es generen magmes (1 a 3). a) Identifica cadascun. b) Explica el mecanisme de fusió que actua en cada context: descens de pressió, aportació d'aigua o anomalia tèrmica del mantell. c) Indica quin tipus de roca ígnia en resulta en cada cas.

Un magma de la mateixa composició pot donar una roca plutònica o una de volcànica. Explica, a partir de la seva història de refredament, la diferència entre un granit i una riolita, i quin tret de la seva textura permet distingir-les a simple vista.

Els punts calents generen cadenes d'illes volcàniques alineades per edat, com l'arxipèlag de Hawaii. Explica com es forma aquesta cadena a mesura que la placa es desplaça sobre el punt calent i per què l'edat de les illes funciona com un registre del moviment de la placa.

Les «disjuncions columnars» parteixen algunes colades de basalt en prismes hexagonals perfectes (los Órganos de La Gomera). Explica quin procés físic les produeix en refredar-se la lava (contracció tèrmica i fracturació) i per què la geometria hexagonal és la més eficient.

A les dorsals el magma es genera per fusió per descompressió i a les subduccions per aportació d'aigua. Explica en què consisteix cada mecanisme i raona per què l'aigua que allibera la placa enfonsada fa fondre el mantell que té a sobre encara que no pugi la temperatura.

En ascendir, un magma canvia de composició per cristal·lització fraccionada. Explica en què consisteix aquest procés (quins minerals cristal·litzen primer, què passa amb el magma residual) i per què els magmes evolucionats acaben sent més rics en sílice.

El 2021, la lava del Tajogaite va entrar al mar i va construir una fajana nova. Descriu els processos que tenen lloc quan la lava entra en contacte amb l'aigua de l'oceà (refredament brusc, núvols de vapor àcid, fragmentació) i els riscos afegits per a la població i per a la pesca.

Diferencia un estratovolcà d'un volcà en escut: forma de l'edifici, composició i viscositat de les seves laves, tipus d'erupció dominant i un exemple de cadascun (el Teide o el Vesuvi enfront de Hawaii).

Un equip de vulcanologia analitza mostres de dues erupcions submarines recents: el volcà A emet laves fluides amb un 49 % de $\text{SiO}_2$ i menys del 0,5 % d'$\text{H}_2\text{O}$; el volcà B, situat darrere d'una fossa oceànica, expulsa laves viscoses i piroclastos amb un 68 % de $\text{SiO}_2$ i un 4,2 % de volàtils. a) Justifica l'origen tèrmic i compositiu del magma al volcà A, deduint per què la fusió per descompressió adiabàtica en dorsals gairebé no genera diferenciació. b) Justifica els dos processos geoquímics que han transformat el fos inicial al volcà B fins a convertir-lo en un magma fèl·sic explosiu, detallant el paper del mantell litosfèric suprajacent i dels fluids despresos per la placa subduïda.

Un informe de divulgació afirma el següent: «L'arc insular de les Aleutianes presenta un vulcanisme tranquil i efusiu perquè l'aigua marina circumdant refreda el magma fent-lo estable; en canvi, Islàndia pateix contínues erupcions plinianes devastadores perquè està situada sobre una dorsal oceànica oberta». a) Rebat de manera fonamentada ambdues afirmacions: classifica el context tectònic real de cada zona i justifica quin tipus d'erupció predomina en cadascuna segons la viscositat, el contingut en sílice i la desgasificació del magma. b) Prediu i compara els dos principals perills volcànics directes (lahars, colades de lava, fluxos piroclàstics, cendres) que amenacen la població en cadascun d'aquests dos escenaris.

El 2021, l'erupció del Tajogaite (La Palma, context intraplaca) va emetre laves basàltiques que van avançar pendent avall sepultant construccions però permetent evacuacions ordenades. En canvi, el 2008 el volcà Chaitén (Xile, zona de subducció) es va despertar de manera sobtada amb una columna pliniana de més de 20 km d'alçària de cendra riolítica i el col·lapse de doms piroclàstics. a) A partir de les condicions de fusió del mantell i de l'evolució magmàtica en cada context geodinàmic, justifica per què la reologia (viscositat i gasos) de tots dos magmes va ser tan dispar. b) Com a assessor de Protecció Civil, justifica per què les mesures d'evacuació i delimitació de zones d'exclusió aplicades a La Palma haurien resultat inútils i letals davant d'un esdeveniment com el del Chaitén.

Observa la cronologia següent sobre l'inici del vulcanisme en superfície a Canàries: Fuerteventura (fa uns 20 Ma), Tenerife (fa uns 12 Ma), La Palma (fa uns 2 Ma) i El Hierro (fa 1,1 Ma). Tanmateix, Fuerteventura i Tenerife han registrat activitat volcànica a l'Holocè, i el Teide és un estratovolcà actiu. a) Si l'arxipèlag respongués amb fidelitat a un plomall mantèl·lic fix i tèrmic tipus Hawaii sobre una placa litosfèrica en moviment, quina activitat eruptiva esperaries trobar avui a Fuerteventura i Lanzarote? Justifica la discrepància amb les dades reals. b) Per resoldre aquesta anomalia s'han proposat dos models: la tectònica de fractures propagants des de l'Atles i un plomall mantèl·licdocs pulsant sota una placa gairebé estacionària. Dissenya quines observacions geofísiques (com tomografia sísmica profunda) o geoquímiques permetrien confirmar o descartar l'existència d'un plomall tèrmic profund sota les illes.

Després d'una gran erupció volcànica, s'alliberen a l'atmosfera 15 milions de tones de $\text{SO}_2$. Si la columna eruptiva no supera els 9 km d'altitud (troposfera mitjana), el refredament superficial resultant és gairebé nul i es dissipa en setmanes; en canvi, si la columna arriba als 24 km (estratosfera), la temperatura mitjana planetària cau 0,5 °C durant tres anys. a) Justifica a escala fisicoquímica quina transformació pateix el $\text{SO}_2$ a l'atmosfera, com modifica el balanç radiatiu terrestre (albedo enfront d'efecte d'hivernacle) i per què l'altitud assolida determina de manera tan crítica la durada de l'impacte climàtic. b) Certs plans de geoenginyeria climàtica proposen injectar aerosols de sulfat a l'estratosfera per frenar l'escalfament global. Avalua críticament aquesta proposta predient dos efectes secundaris desfavorables sobre la dinàmica climàtica o química de l'atmosfera terrestre.

L'Índex d'Explosivitat Volcànica (VEI) és una escala logarítmica relativa al volum de tefra emès (a partir de VEI 2, cada increment d'un grau multiplica per 10 el volum emès). L'erupció del Tambora (1815) va assolir un VEI 7 i va expulsar uns $100\ \text{km}^3$ de piroclastos, provocant «l'any sense estiu» de 1816. a) Si un volcà actual entra en erupció amb un VEI 5, calcula el volum aproximat de tefra emesa i justifica per què dues erupcions amb idèntic VEI poden produir impactes climàtics globals completament dispars atenent a la composició química original del magma i a la latitud del volcà. b) Reconstrueix la cascada d'impactes que patiria el sistema socioeconòmic global interconnectat contemporani si una erupció de VEI 7 tingués lloc avui en una zona intertropical, analitzant l'afectació sobre la producció primària agrícola mundial i les cadenes de subministrament.

Una estació de vigilància registra durant quatre setmanes els canvis següents en un estratovolcà andesític: 1) Els inclinòmetres mostren un bombament accelerat de l'edifici volcànic; 2) Els sismes volcanotectònics disminueixen al mateix temps que es registra un tremor harmònic superficial continu; 3) El flux de $\text{SO}_2$ es multiplica per deu, però la relació molar $\text{CO}_2/\text{SO}_2$ descendeix bruscament; 4) De manera sobtada, l'emissió de gasos cau a nivells basals en qüestió d'hores, sense que cessi la deformació del terreny. a) Interpreta quins processos físics i de desgasificació del magma revelen els senyals 1, 2 i 3 (tenint en compte la diferent solubilitat del $\text{CO}_2$ i del $\text{SO}_2$ en variar la pressió confinant). b) Predeix quin fenomen mecànic ha provocat el canvi brusc del senyal 4 i justifica quin risc imminent d'erupció catastròfica ha d'advertir l'observatori a Protecció Civil.

A les dorsals mediococeàniques el 99 % de les roques magmàtiques són basalts toleítics de composició notablement constant. En contrast, al Rift de l'Àfrica Oriental coexisteixen basalts alcalins amb abundants traquites, fonolites i riolites hiperalcalines. a) Justifica petrològicament aquest bimodalime al rift continental: dedueix com influeixen el gruix de la litosfera continental, els temps de residència en cambres magmàtiques intermèdies i la cristal·lització fraccionada amb assimilació cortical en la diversificació d'aquests magmes enfront de la dorsal oceànica. b) Predeix com evolucionarà a llarg termini la composició i varietat petrològica del magmatisme a la Banya d'Àfrica si la separació cortical culmina amb l'oceanització completa de la conca.