La cristalización fraccionada , o fraccionamiento de cristales , es uno de los procesos físicos y geoquímicos más importantes que operan dentro de la corteza y el manto de un cuerpo planetario rocoso, como la Tierra. Es importante en la formación de rocas ígneas porque es uno de los principales procesos de diferenciación magmática . [1] La cristalización fraccionada también es importante en la formación de rocas evaporíticas sedimentarias .
Rocas ígneas
La cristalización fraccionada es la eliminación y segregación de una masa fundida de precipitados minerales ; excepto en casos especiales, la remoción de los cristales cambia la composición del magma. [2] En esencia, la cristalización fraccionada es la eliminación de los cristales formados temprano de un magma originalmente homogéneo (por ejemplo, por sedimentación por gravedad) de modo que se evita que estos cristales reaccionen con la masa fundida residual. La composición de la masa fundida restante se reduce relativamente en algunos componentes y se enriquece en otros, lo que resulta en la precipitación de una secuencia de diferentes minerales. [3]
La cristalización fraccionada en fundidos de silicato ( magmas ) es compleja en comparación con la cristalización en sistemas químicos a presión y composición constantes, porque los cambios de presión y composición pueden tener efectos dramáticos en la evolución del magma. La adición y pérdida de agua, dióxido de carbono y oxígeno se encuentran entre los cambios de composición que deben considerarse. [4] Por ejemplo, la presión parcial ( fugacidad ) del agua en las fundiciones de silicato puede ser de suma importancia, como en la cristalización casi sólida de magmas de composición granítica . [5] [6] La secuencia de cristalización de minerales de óxido como magnetita y ulvospinel es sensible a la fugacidad de oxígeno de los fundidos, [7] y la separación de las fases de óxido puede ser un control importante de la concentración de sílice en el magma en evolución, y puede ser importante en la génesis de la andesita . [8] [9]
Los experimentos han proporcionado muchos ejemplos de las complejidades que controlan qué mineral se cristaliza primero cuando la masa fundida se enfría más allá del liquidus .
Un ejemplo se refiere a la cristalización de fundidos que forman rocas máficas y ultramáficas . Las concentraciones de MgO y SiO 2 en las masas fundidas se encuentran entre las variables que determinan si se precipita forsterita olivina o enstatita piroxeno , [10] pero el contenido de agua y la presión también son importantes. En algunas composiciones, a altas presiones sin agua se favorece la cristalización de enstatita, pero en presencia de agua a altas presiones, se favorece el olivino. [11]
Los magmas graníticos proporcionan ejemplos adicionales de cómo las masas fundidas de composición y temperatura generalmente similares, pero a diferentes presiones, pueden cristalizar diferentes minerales. La presión determina el contenido máximo de agua de una composición de magma de granito. La cristalización fraccionada a alta temperatura de magmas de granito relativamente pobres en agua puede producir granito de feldespato alcalino simple , y la cristalización a temperatura más baja de magma relativamente rico en agua puede producir granito de dos feldespato . [12]
Durante el proceso de cristalización fraccionada, las masas fundidas se enriquecen en elementos incompatibles . [13] Por lo tanto, el conocimiento de la secuencia de cristalización es fundamental para comprender cómo evolucionan las composiciones fundidas. Las texturas de las rocas proporcionan información, como lo documenta la serie de reacciones de Bowen a principios del siglo XX . [14] Un ejemplo de tal textura , relacionada con la cristalización fraccionada, son las texturas intergranulares (también conocidas como intercúmulos) que se desarrollan donde un mineral cristaliza más tarde que la matriz circundante, llenando así el espacio intersticial sobrante. Varios óxidos de cromo, hierro y titanio presentan texturas como la cromita intergranular en una matriz silícea. [ cita requerida ] Los diagramas de fase determinados experimentalmente para mezclas simples proporcionan información sobre los principios generales. [15] [16] Los cálculos numéricos con software especial se han vuelto cada vez más capaces de simular procesos naturales con precisión. [17] [18]
Rocas sedimentarias
La cristalización fraccionada es importante en la formación de rocas evaporíticas sedimentarias. [19]
Ver también
- Acumular roca
- Bandas de flujo : bandas o capas que a veces se pueden ver en la roca que se formó a partir del magma.
- Cristalización fraccionada (química) : método para refinar sustancias basado en diferencias en su solubilidad
- Diferenciación ígnea : procesos mediante los cuales los magmas experimentan cambios químicos en masa durante el proceso de fusión parcial, enfriamiento, emplazamiento o erupción.
- Intrusión en capas
Referencias
- ^ Petrología El estudio de rocas ígneas ... , Loren A. Raymond, 1995, McGraw-Hill, p. 91
- ^ Wilson BM (1989). Petrogénesis ígnea: un enfoque tectónico global . Saltador. pag. 82. ISBN 9780412533105.
- ^ Petrología El estudio de rocas ígneas ... , Loren A. Raymond, 1995, McGraw-Hill, p. sesenta y cinco
- ^ Lange, RL; Carmichael, Ian SE (1990). "Propiedades termodinámicas de los líquidos de silicato con énfasis en la densidad, expansión térmica y compresibilidad" . Reseñas en Mineralogía y Geoquímica . 24 (1): 25–64 . Consultado el 8 de noviembre de 2020 .
- ^ Huang, WL; Wyllie, PJ (marzo de 1973). "Relaciones de fusión de moscovita-granito a 35 kbar como modelo para la fusión de sedimentos oceánicos subducidos metamorfoseados". Contribuciones a la mineralogía y la petrología . 42 (1): 1-14. doi : 10.1007 / BF00521643 . S2CID 129917491 .
- ^ Philpotts, Anthony R .; Ague, Jay J. (2009). Principios de la petrología ígnea y metamórfica (2ª ed.). Cambridge, Reino Unido: Cambridge University Press. págs. 604–612. ISBN 9780521880060.
- ^ McBirney, Alexander R. (1984). Petrología ígnea . San Francisco, California: Freeman, Cooper. págs. 124-127. ISBN 0877353239.
- ^ Juster, Thomas C .; Grove, Timothy L .; Perfit, Michael R. (1989). "Restricciones experimentales en la generación de basaltos, andesitas y riodacitas FeTi en el Centro de Difusión de Galápagos, 85 ° W y 95 ° W". Revista de Investigaciones Geofísicas . 94 (B7): 9251. doi : 10.1029 / JB094iB07p09251 .
- ^ Philpotts y Ague 2009 , págs. 609-611.
- ^ Philpotts y Ague 2009 , págs. 201-205.
- ^ Kushiro, Ikuo (1969). “El sistema forsterita-diópsido-sílice con y sin agua a altas presiones” (PDF) . Revista estadounidense de ciencia . 267.A: 269-294 . Consultado el 8 de noviembre de 2020 .
- ^ McBirney 1984 , págs. 347-348.
- ^ Klein, EM (2005). "Geoquímica de la corteza oceánica ígnea". En Rudnick, R. (ed.). La corteza - Tratado de geoquímica Volumen 3 . Amsterdam: Elsevier. pag. 442. ISBN 0-08-044847-X.
- ^ Bowen, NL (1956). La evolución de las rocas ígneas . Canadá: Dover. págs. 60–62.
- ^ McBirney 1984 , págs. 68-102.
- ^ Philpotts y Ague 2009 , págs. 194-240.
- ^ Philpotts y Ague 2009 , págs. 239-240.
- ^ Ghiorso, Mark S .; Hirschmann, Marc M .; Reiners, Peter W .; Kress, Victor C. (mayo de 2002). "Los pMELTS: una revisión de MELTS para un cálculo mejorado de las relaciones de fase y la partición de elementos principales relacionados con la fusión parcial del manto a 3 GPa: pMELTS, UNA REVISIÓN DE MELTS" . Geoquímica, Geofísica, Geosistemas . 3 (5): 1–35. doi : 10.1029 / 2001GC000217 .
- ^ Raab, M .; Spiro, B. (abril de 1991). "Variaciones isotópicas del azufre durante la evaporación del agua de mar con cristalización fraccionada". Geología Química: Sección de Geociencias de Isótopos . 86 (4): 323–333. doi : 10.1016 / 0168-9622 (91) 90014-N .