1. La Composición de la Tierra
• ¿Para qué nos sirve saberla?
• ¿Cómo podemos conocerla?
• ¿Qué procesos fisicoquímicos la controlan?
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2. La Anatomía de la Tierra
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3. El Núcleo:
~3 400 km de radio
32.5% de la masa de la tierra
Aleación de Fe-Ni
Externo: líquido
Interno: sólido
Meteorito metálico
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4. El Manto:
~3 000 km de radio
66% de la masa de la tierra
83% volumen total de la tierra
Minerales ricos en Fe-Mg
Rocas ultramáficas
Peridotitas
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5. Composición del manto
Rocas ultramáficas
La composición promedio del manto es:
SiO2 TiO2 Al2O3 FeO MgO CaO Na2O
46% 0.2% 4% 7.5% 38% 3.2% 0.3%
El resto de los elementos < 0.5%. Contenido de H2O ~100 ppm
olivino (Mg,Fe)2SiO4 [Mg/(Mg+Fe)~0.9]
ortopiroxeno (Mg,Fe)2SiO6
clinopiroxeno Ca(Mg,Fe)Si2O6
Además de un mineral aluminoso que depende de la presión:
0-1 GPa, Plagioclasa CaAl2Si2O8-NaAlSi3O8
[Ca/(Ca+Na) ~0.9]
1-3 GPa, espinela MgAl2O4
5
>3 GPa, granate (Fe,Mg,Ca) Al Si O

6. La Corteza:
Espesor varía 6-90 Km (40 km prom)
0.5% de la masa total de la tierra
Corteza Oceánica:
6-10 km
Edad < 200 Ma
~50%:~50% ferromagnesianos:feldespatos
Composición intermedia (rocas máficas)
Corteza Continental:
10-90 km (35-40 km prom)
Edad variable (3.6 Ga-4.4Ga?)
Empobrecida en Fe-Mg, enriquecida en Al, Si, Ca y Na
Cuarzo+Feldespatos (rocas félsicas)
Granito Granodiorita Gabro
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7. Composición de la corteza oceánica
Rocas máficas
La composición promedio de la corteza oceánica (máfica):
SiO2 TiO2 Al2O3 FeO MgO CaO Na2O K2O
50.5% 1.6% 15% 10.5% 7.6% 11.3% 2.7% 0.1%
El resto de los elementos < 0.5%. Contenido de H2O ~1000 ppm
Enriquecida en TiO2, Al2O3, CaO, Na2O, and K2O c/r manto; pero
muy empobrecida en MgO.
Clinopiroxeno Ca(Mg,Fe)Si2O6
Feldspatos (plagioclasa) CaAl2Si2O8-NaAlSi3O8
[Ca/(Ca+Na) ~0.4-0.7]
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además de Olivino, Opx, trazas de cuarzo. H2O concentrada en el

8. Composición de la corteza continental
Rocas félsicas
La composición promedio de la corteza continental:
SiO2 TiO2 Al2O3 FeO MgO CaO Na2O K2O
57% 0.9% 16% 9% 5% 7.4% 3.1% 1.0%
El resto de los elementos <0.5%. Contenido de H2O es muy variable,
pero puede alcanzar más de 8%
Enriquecida en SiO2, K2O con respecto al manto y corteza oceánica.
Cuarzo y feldespato dominan. H2O en micas y anfíboles.
Plagioclasa CaAl2Si2O8-NaAlSi3O8
[Ca/(Ca+Na) ~0.1-0.6]
Feldspato-K NaAlSi3O8-KAlSi3O8
Cuarzo SiO2
Mica: Biotita KMg3(AlSi3)O10(OH)2
Mica: Muscovite KAl2(AlSi3)O10(OH)2
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9. Estructura Física de la Tierra
Capas concentricas: Presión=ρgh
Diferentes composiciones
Diferentes densidades
Capa Densidad (g/cm3)
Hidrósfera 1.03
Corteza 2.8
Manto 4.5
Núcleo 11
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10. Estructura Física y Composición de la Tierra
(1) Métodos geofísicos
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11. Velocidad ≈ Densidad
(1) 10-12 km en oceános (30-50
km en continentes) está el
MOHO
(2) 90-200 km baja velocidad.
Litósfera-Astenósfera
(3) 400 km. Piroxeno-Granate y
Olivino-Fase B (espinela)
(4) 700 km. Fase B-Perovskita
(5) >700 km. No hay cambios
apreciables en estructura
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12. Estructura Física y Composición de la Tierra
Evidencias Petrológicas-Geoquímicas
• Estudios de los xenolitos y secuencias ofiolíticas
• Estudios de las rocas magmáticas derivadas de la
FP del manto
• Evidencias cosmoquímicas (meteoritos)
Condrita Carbonácea Komatiita Peridotita
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13. Procesos geológicos ⇒ energía
Fuentes de Energía en la Tierra:
Energía Solar: Mueve hidrósfera y atmósfera
Energía Interna: Actividad tectónica
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14. Fuentes de Energía en la Tierra
Energía Gravitacional Decaimiento
Acreción y Diferenciación Radiactivo
238
U, 235U, 232Th, 40K, 87Rb
Muy variable
50-90% del calor interno
Concentraciones (ppm)
U Th K Rb
Cor. Ocean. 0.065 0.164 850 0.73
Cor. Contin 1.4 5.6 10E3 57
Manto Primit. .021 .085
14 301 0.6

15. Transferencia de Calor en la Tierra
Radiación: Transmisión de energía electromagnética hacia
el medio ambiente. El sol, un foco, etc.
Conducción: Transferencia de vibraciones a nivel atómico
y molecular cuando existe contacto entre dos cuerpos con distinta
temperatura.
Grad. Térmico= T2-T1/l
Flujo calorífico=∆T x kT
T1=300 kT=conductividad térmica
kTCu=0.9, kTRoca=0.005
l
(cal/cms°C)
T2=1000
Flujo calorífico=cal/cm2s=(watt/m2)
Flujo Calorífico Tierra =0.09 watt/m2
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16. Gradiente Geotérmico = ∆T/z
Extrapolado ¡En la corteza 20-40° C por
kilómetro!
Gradiente NO es constante c/r a Z
¿Por qué?
¿Mecanismo adicional?
¿Mayor calor en la corteza?
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17. Transferencia de Calor en la Tierra
Convección: Movimiento de materiales con distinta temperatura
por efecto de una diferencia de densidades.
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18. Tectónica de Placas y Magmatismo
La litósfera está organizada en una serie de placas rígidas que se mueven
entre sí por efecto de la convección del manto (astenósfera).
Convección→disipación de calor→Trabajo→Transferencia de energía
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19. Tectónica de Placas y Magmatismo
Límites de Placas: Convergente, Divergente y Transforme
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20. Límtes Divergentes
Crestas Oceánicas
20

21. Límites Divergentes
“Rifts Continentales”
21

22. Límites Convergentes
22

23. Límites Convergentes
Colisión Continental
23

24. Límites Transformes
¿Magmatismo?
24

25. Magmatismo Intraplaca
“Plumas del Manto” o “Puntos Calientes”
Islandia
Basaltos de Columbia River
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26. 2.2.1 Análisis de rocas
Técnicas microanalíticas
Microsonda electrónica
Un haz de electrones se enfoca en una pequeña área (µm) de una sección pulida y genera
rayos X. La intensidad de la radiación se mide con espectrómetros de dispersión de
longitud de onda. Se pueden obtener análisis multielementales de materiales geológicos en
el rango de 100 ppm a 100%.
Ablación con láser
Permite el muestreo directo de sólidos (vidrio volcánico, minerales, inclusiones fluidas) o
polvos comprimidos por medio de un rayo láser. Acoplado a un ICP-MS permite el análisis
de elementos en niveles traza.
Microsonda iónica sensitiva de alta resolución
(Sensitive High Resolution Ion Microprobe, SHRIMP)
Un haz de iones primarios de oxígeno o cesio se enfoca en la superficie (10 to 30 µm de
diámetro; 0.5-1µm de profundidad) y una fracción del material dispersado se ioniza (forma
iones secundaros). Se pueden analizar rocas y secciones delgadas, o granos individuales
montados, cortados y pulidos para exponer su estructura interna.
Permite medir composiciones isotópicas (p. ej. Sr, Pb, U, Hf, S) y hacer análisis de
elementos traza. Una de las aplicaciones importantes es el fechamiento U-Th-Pb en
cristales de circón, monacita, titanita, rutilo, perovskita.
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27. 2.2.1 Análisis de rocas
Elementos Mayores
Comparación de Técnicas Analíticas
Límites de detección
FRX ICP-AES
Rango de concentración de análisis
% %
SiO2 0.01 0.01
TiO2 0.01 0.001
Al2O3 0.01 0.01
CaO 0.01 0.01
Fe2O3 0.01 0.01
K2O 0.01 0.01
MgO 0.01 0.01
MnO 0.001 0.001
Na2O 0.01 0.01
P2O5 0.01 0.01
FRX:
No requiere disolución de la muestra, eliminan-
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do problemas de contaminación por reactivos.

28. 2.2.1 Análisis de rocas
Comparación de Técnicas Analíticas
Elementos Traza
Límites de detección Límites de detección
FRX ICP-MS INAA FRX ICP-MS INAA
ppm ppm ppm mg/kg mg/kg mg/kg
Ba 5 1 20 La 0.05 0.05
Co 5 0.1 0.1 Ce 0.05 1
Cr 5 0.5 0.5 Pr 0.01
Cs 0.05 0.2 Nd 0.05 1
Hf 0.1 0.2 Sm 0.01 0.01
Nb 2 0.1 Eu 0.005 0.05
Ni 5 0.5 50 Gd 0.01
Pb 5 0.5 Tb 0.01 0.1
Rb 2 0.2 10 Dy 0.01
Sc 1 0.01 Ho 0.01
Sr 2 0.2 100
Er 0.01
Ta 0.1 0.3
Tm 0.005
Th 0.1 0.1
Tb 0.01 0.1
U 0.1 0.1
Yb 0.01 0.05
Y 2 0.1
Zr Lu 0.002 0.01
5 1
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29. 2.2.1 Análisis de rocas
Aseguramiento de calidad de datos analíticos
Para que un dato analítico sea completo debe incluir la incertidumbre de la medición.
Por ejemplo: Ba 835 ± 15 ppm
Indicadores de la calidad de datos analíticos:
Sesgo (Exactitud)
Indica la cercanía entre el valor determinado y el valor conocido (o real). Se determina por:
 Análisis repetido de patrones estables (Muestras de Referencia Certificadas).
 Estudio de comparación entre laboratorios.
Precisión
Es la medida de la cercanía con la que coinciden los resultados obtenidos al aplicar
repetidamente el procedimiento analítico bajo ciertas condiciones. Se puede evaluar por
medio de:
 Análisis repetidos de un patrón estable
 Análisis de duplicados
 Análisis de adiciones conocidas a blancos o muestras.
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30. 2.2.2 Elementos Mayores
ELEMENTOS MAYORES
- Varían en un factor menor que 100
MgO
(generalmente es mucho menor que
este valor).
- En general se reportan 11 elementos
mayores/menores en análisis de
rocas y minerales.
- Constituyentes estructurales
esenciales en minerales.
SiO2
ELEMENTOS TRAZA
- Tienen concentraciones que pueden
variar hasta en un factor de 1,000.
- Aproximadamente 90 de los
250  ~0 ppm
elementos químicos conocidos se
presentan en rocas y minerales en
niveles traza (límite arbitrario: < 0.1%;
<1,000 ppm).
- En general sustituyen a elementos
mayores en estructuras minerales.
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31. Elementos Mayores
Los elementos mayores controlan las fases minerales presentes a ciertas
condiciones de cristalización del magma.
Para facilitar la interpretación de los datos geoquímicos se emplean:
1) Diagramas binarios (X-Y).
a. Valor absoluto de los componentes químicos
b. Relaciones de componentes químicos
2) Diagramas ternarios.
3) Normas que de alguna manera representan posibles modas (p. ej. CIPW).
4) Representaciones matemáticas de la información composicional
5) Modelos.
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32. Posibles
Elementos Mayores “tendencias”
Diagramas de variación
binarios (X-Y)
En conjuntos de rocas ígneas
cogenéticas (comagmáticas), los pares
de óxidos están fuertemente
correlacionados.
Las correlaciones o tendencias se
pueden generar, de forma individual o
en combinación, a consecuencia de:
• fusión parcial,
• cristalización fraccionada,
• mezcla de magmas, o
• contaminación.
Generalmente se considera que las
tendencias representan el curso de la
evolución química de los magmas, sin
embargo es más probable que
representen el promedio de las
tendencias de evolución de muchos
lotes de magma, los cuales muy
probablemente no eran idénticos en
composición dando lugar a procesos de
diferenciación ligeramente diferentes
para cada lote.
Debido a esto y al error analítico se
observa cierta dispersión de los datos. 32

33. Elementos Mayores
Diagramas de variación binarios (X-Y)
Tal vez, la propiedad más
importante de los diagramas
de Harker es la aplicación de
la regla de la palanca para el
balance de masa.
Si se tiene un conjunto de
rocas relacionado por
cristalización
fraccionada, el cual presenta
tendencias coherentes en
diagramas de variación, se
puede establecer el tipo de
minerales que fraccionan.
En general, las inflexiones en
las tendencias indican el
inicio de cristalización de un
nuevo mineral o grupo de
minerales. Las inflexiones se
observarán sólo para los
elementos contenidos en el
mineral.
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34. 2.2.3 Clasificación de rocas volcánicas basada en la
composición química de roca total
Diagrama TAS
IUGS, Le Bas et al. (1986)
Se aplica a rocas volcánicas
frescas (H2O<2% y CO2 < 0.5%)
en las que no es posible determinar
la composición modal.
Los análisis deben ser recalculados
al 100% en base seca (sin H2O y CO2,
PPC).
Se apoya en norma CIPW.
Basalto:
Basalto alcalino: ne normativa
Basalto subalcalino: hy, q norm
Tefrita: < 10 % ol norm.
Basanita: > 10 % ol norm.
Traquita: q < 20% en q+ab+an+or
Traquidacita: q > 20% en q+ab+an+or
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35. Clasificación basada en la composición química de roca
total
Series de rocas magmáticas
Rocas alcalinas:
• Subsaturadas en sílice
• Contienen ne normativa
• Comúnmente incluyen alguno(s)
de los minerales:
- Feldespatoides (nefelina, leucita)
- Analcima
- Feldespato alcalino
- Anfíboles alcalinos
- Clinopiroxenos alcalinos
- Soluciones sólidas biotita-flogopita
- Olivino
NO CONTIENEN:
ORTOPIROXENO, CUARZO
35

36. Clasificación basada en la composición química de roca
total
Series de rocas magmáticas
Subdivisión de rocas subalcalinas
Series shoshoníticas
36

37. Clasificación basada en la composición química de roca
total
Saturación en sílice
SATURADAS
SUB-
En la norma CIPW:
SO BRE-
SATURADAS SATURADAS
Sobresaturadas: q
A lb ita + A lb ita +
Saturadas: hy , hy + ol
N e f e lin a A lb it a
N e fe lin a c u a rz o Subsaturadas: ol + ne
2 6
A u m e n t a S iO 2 / N a 2O
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38. Calsificación de basaltos
basada en la composición
normativa
A u m e n ta s a tu r a c ió n e n s ílic e
ne di qz
Ba
o
B a s a lto T h o le ita
v in
sa
a lc a lin o d e c u a rzo
lto
o li
de
de
h ip
lto
T h o le it a
sa
e rs
d e O liv in o
Ba
te n
a
ol hy
Tetraedro de basaltos
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39. Clasificación basada en la composición química de roca
total
Saturación en alúmina
Especialmente importante en la clasificación de rocas félsicas
39

40. Clasificación basada en la composición química de roca
total
Saturación en alúmina
Índice de saturación en
alúmina:
Al2O3 / (K2O+Na2O+CaO)
Las relaciones son
molares!!
Dividir % en peso del óxido
entre el peso molecular del
óxido.
A u m e n ta g ra d o d e s a tu ra c ió n e n A l
40