Una inclusión de masa fundida es una pequeña parcela o "gotas" de masa fundida que queda atrapada por los cristales que crecen [1] en el magma y eventualmente forman rocas ígneas . En muchos aspectos, es análogo a la inclusión de un fluido dentro de los sistemas hidrotermales magmáticos. [2] Las inclusiones de la masa fundida tienden a ser de tamaño microscópico y pueden analizarse en busca de contenidos volátiles que se utilizan para interpretar las presiones de captura de la masa fundida en profundidad.
Caracteristicas
Las inclusiones de masa fundida son generalmente pequeñas, la mayoría tienen menos de 80 micrómetros de ancho (un micrómetro es una milésima de milímetro, o aproximadamente 0,00004 pulgadas). [3] Pueden contener varios componentes diferentes, incluido el vidrio (que representa la masa fundida que se ha apagado mediante un enfriamiento rápido), pequeños cristales y una burbuja separada rica en vapor. [4] Ocurren en los cristales que se pueden encontrar en rocas ígneas, como por ejemplo cuarzo , feldespato , olivino , piroxeno , nefelina , magnetita , perovskita y apatita . [5] [6] [7] Las inclusiones de fusión se pueden encontrar en rocas volcánicas y plutónicas . Además, las inclusiones de masa fundida pueden contener fases de masa fundida inmiscibles (no miscibles) y su estudio es una forma excepcional de encontrar evidencia directa de la presencia de dos o más masas fundidas en el atrapamiento. [4]
Análisis
Aunque son pequeñas, las inclusiones de fusión pueden proporcionar una gran cantidad de información útil. Utilizando observaciones microscópicas y una variedad de técnicas de microanálisis químico , los geoquímicos y los petrólogos ígneos pueden obtener una variedad de información única a partir de inclusiones de fusión. Se utilizan varias técnicas para analizar el contenido de H 2 O y CO 2 de inclusión de fusión , elementos principales, secundarios y traza, incluida la microtransmitancia FTIR de doble cara , [8] la microrreflexión FTIR de una cara, [9] la espectroscopia Raman , [1] microtermometría, [10] espectroscopía de masas de iones secundarios ( SIMS ), espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente por ablación con láser ( LA-ICPMS ), microscopía electrónica de barrido ( SEM ) y análisis de microsonda electrónica ( EMPA ). [11] Si hay una burbuja de vapor presente dentro de la inclusión de la masa fundida, se debe tener en cuenta el análisis de la burbuja de vapor al reconstruir el balance volátil total de la inclusión de la masa fundida. [12]
Microtermometría
La microtermometría es el proceso de recalentar una inclusión de fusión a su temperatura de fusión original y luego enfriar rápidamente para formar una fase de vidrio homogénea libre de minerales secundarios o burbujas de vapor que pueden haber estado contenidas originalmente dentro de la inclusión de fusión. [13]
Calefacción de platina de alta temperatura montada en microscopio
El calentamiento de la etapa es el proceso de calentar la inclusión de una masa fundida en una plataforma montada en un microscopio y hacer fluir gas helio (etapa Vernadsky) [14] [15] o gas argón (Linkam TS1400XY) [16] sobre la plataforma y luego enfriar rápidamente la masa fundida inclusión después de que ha alcanzado su temperatura de fusión original para formar una fase de vidrio homogénea. El uso de una etapa de calentamiento permite la observación de las fases cambiantes de la inclusión de la masa fundida a medida que se recalienta a su temperatura de masa fundida original. [17]
Hornos verticales de una atmósfera
Este proceso permite recalentar una o más inclusiones de fusión en un horno mantenido a una presión constante de una atmósfera a sus temperaturas de fusión originales y luego enfriar rápidamente en agua para producir una fase de vidrio homogénea. [18]
Espectroscopía infrarroja por transformada de Fourier (FTIR)
Este método analítico requiere el uso de un láser infrarrojo enfocado en un punto en la fase vítrea de la inclusión de la masa fundida para determinar un coeficiente de absorción (o extinción) para el H 2 O y el CO 2 asociado con las longitudes de onda para cada especie, dependiendo de la litología original. que contenía la inclusión de fusión. [9] [19]
Espectroscopía Raman
Este análisis es similar al FTIR en el uso de un láser enfocado en la fase de vidrio de la inclusión de la masa fundida [20] [21] o una burbuja de vapor [22] que puede estar contenida en la inclusión de la masa fundida para identificar las longitudes de onda asociadas con las bandas vibratorias Raman de volátiles, tales como H 2 O y CO 2 . La espectroscopía Raman también se puede utilizar para determinar la densidad del CO 2 contenido en una burbuja de vapor si está presente en una concentración suficientemente alta dentro de una inclusión de masa fundida. [1]
Espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS)
Esta técnica analítica se utiliza para determinar concentraciones de elementos tanto volátiles como traza apuntando un haz de iones ( 16 O - o 133 Cs + ) a la inclusión de la masa fundida para producir iones secundarios que pueden medirse con un espectrómetro de masas. [23]
Espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente por ablación con láser (LA-ICPMS)
Esta técnica analítica puede determinar los elementos principales y traza, sin embargo, con LA-ICPMS, la inclusión de la masa fundida y cualquier material que la acompañe dentro de la inclusión de la masa fundida se ionizan, destruyendo así la inclusión de la masa fundida y luego se analizan con un espectrómetro de masas. [24] [25]
Microscopía electrónica de barrido (SEM)
La microscopía electrónica de barrido es una herramienta útil para emplear antes de cualquiera de los análisis anteriores que puede resultar en la pérdida del material original, ya que puede usarse para verificar si hay minerales secundarios o burbujas de vapor y ayudar a determinar la mejor técnica que se debe elegir para la inclusión de la masa fundida. análisis. [3]
Análisis de microsonda de electrones (EPMA)
El análisis de microsonda de electrones es omnipresente en el análisis de elementos mayores y menores en inclusiones de fusión y proporciona concentraciones de óxido utilizadas para determinar los tipos de magma parental de las inclusiones de fusión y huéspedes fenocristales. [26]
Burbujas de vapor
La presencia de una burbuja de vapor agrega un componente adicional para el análisis dado que la burbuja de vapor podría contener una proporción significativa de H 2 O y CO 2 originalmente en la masa fundida muestreada por la inclusión de la masa fundida. [14] [27] Si la burbuja de vapor está compuesta principalmente de CO 2 , se puede utilizar la espectroscopia Raman para determinar la densidad del CO 2 presente. [28]
Interpretación
Concentraciones volátiles
Las inclusiones de fusión se pueden utilizar para determinar la composición, la evolución composicional y los componentes volátiles [12] de los magmas que existieron en la historia de los sistemas de magma. Esto se debe a que las inclusiones de masa fundida actúan como un pequeño recipiente a presión que aísla y conserva la masa fundida ambiental que rodea al cristal antes de que sean modificadas por procesos posteriores, como la cristalización posterior al atrapamiento. [3] Dado que las inclusiones de fusión se forman a diferentes presiones (P) y temperaturas (T), también pueden proporcionar información importante sobre las condiciones de atrapamiento (PT) en profundidad y sus contenidos volátiles (H 2 O, CO 2 , S, Cl y F) que provocan erupciones volcánicas. [19]
Concentraciones de elementos mayores, menores y traza
Las concentraciones de elementos mayores y menores se determinan generalmente usando EPMA y las composiciones de elementos comunes incluyen Si, Ti, Al, Cr, Fe, Mn, Mg, Ca, Ni, Na, K, P, Cl, F y S. [29] Conocimiento de las concentraciones de óxido relacionadas con estos elementos mayores y menores pueden ayudar a determinar la composición del magma parental, la inclusión de la masa fundida y los huéspedes fenocristales. [26]
Las concentraciones de elementos traza se pueden medir mediante análisis SIMS con una resolución en algunos casos tan baja como 1 ppm. [30] Los análisis de LA-ICPMS también se pueden utilizar para determinar concentraciones de elementos traza, sin embargo, una resolución más baja en comparación con SIMS no proporciona una determinación de concentraciones tan bajas como 1 ppm. [4]
Historia
Henry Clifton Sorby , en 1858, fue el primero en documentar inclusiones microscópicas de fusión en cristales. [31] El estudio de las inclusiones fundidas ha sido impulsado más recientemente por el desarrollo de sofisticadas técnicas de análisis químico. Científicos de la ex Unión Soviética dirigieron el estudio de las inclusiones fundidas en las décadas posteriores a la Segunda Guerra Mundial , [32] y desarrollaron métodos para calentar las inclusiones fundidas bajo un microscopio, de modo que los cambios pudieran observarse directamente. AT Anderson exploró el análisis de inclusiones fundidas de magmas basálticos del volcán Kilauea en Hawai para determinar las concentraciones volátiles iniciales de magma en profundidad. [33]
Ver también
- Inclusión (mineral)
Referencias
- ^ a b c Moore, LR; Gazel, E .; Tuohy, R .; Lloyd, AS; Esposito, R .; Steele-MacInnis, M .; Hauri, EH; Wallace, PJ; Plank, T .; Bodnar, RJ (2015). "Las burbujas importan: una evaluación de la contribución de las burbujas de vapor para fundir los presupuestos volátiles de inclusión" . Mineralogista estadounidense . 100 (4): 806–823. doi : 10.2138 / am-2015-5036 . hdl : 10919/47784 . ISSN 0003-004X .
- ^ Becker, SP; Bodnar, RJ; Reynolds, TJ (2019). "Variaciones temporales y espaciales en las características de las inclusiones fluidas en sistemas magmático-hidrotermales epizonales: Aplicaciones en la exploración de depósitos de pórfido de cobre". Revista de exploración geoquímica . 204 : 240-255. doi : 10.1016 / j.gexplo.2019.06.002 .
- ^ a b c Cannatelli, C .; Doherty, AL; Esposito, R .; Lima, A .; De Vivo, B. (2016). "Entender un volcán a través de una gota: un enfoque de inclusión de fusión". Revista de exploración geoquímica . 171 : 4-19. doi : 10.1016 / j.gexplo.2015.10.003 .
- ^ a b c Kent, AJR (2008). "Fundir inclusiones en rocas volcánicas basálticas y relacionadas" . Reseñas en Mineralogía y Geoquímica . 69 (1): 273–331. doi : 10.2138 / rmg.2008.69.8 . ISSN 1529-6466 .
- ^ Abersteiner, Adam; Giuliani, Andrea; Kamenetsky, Vadim S .; Phillips, David (2017). "Limitaciones petrográficas y de inclusión de fusión en la petrogénesis de un magmaclastos del cúmulo de kimberlita de Venetia, Sudáfrica". Geología química . 455 : 331–341. doi : 10.1016 / j.chemgeo.2016.08.029 .
- ^ Tollan, Peter; Ellis, Ben; Troch, Juliana; Neukampf, Julia (2019). "Evaluación de equilibrios volátiles magmáticos a través de espectroscopía FTIR de inclusiones de fusión no expuestas y su cuarzo anfitrión: una nueva técnica y aplicación a la Tuff de Mesa Falls, Yellowstone" . Contribuciones a la mineralogía y la petrología . 174 (3): 24. doi : 10.1007 / s00410-019-1561-y . ISSN 0010-7999 .
- ^ Chang, Jia; Audétat, Andreas (2020). "Análisis LA-ICP-MS de inclusiones de fusión cristalizada en olivino, plagioclasa, apatita y piroxeno: estrategias de cuantificación y efectos de modificaciones posteriores al atrapamiento" . Revista de Petrología . 62 (4): egaa085. doi : 10.1093 / petrology / egaa085 . ISSN 0022-3530 .
- ^ Mironov, NL; Portnyagin, MV (2011). "H2O y CO2 en los magmas parentales del volcán Kliuchevskoi inferidos del estudio de la fusión y las inclusiones fluidas en olivino" . Geología y Geofísica de Rusia . Fundiciones y fluidos en procesos de formación de minerales y minerales naturales: estudios modernos de inclusiones de fluidos y fundidos en minerales. 52 (11): 1353-1367. doi : 10.1016 / j.rgg.2011.10.007 . ISSN 1068-7971 .
- ^ a b King, PL; Larsen, JF (2013). "Un método de espectroscopia IR de micro-reflectancia para analizar especies volátiles en vidrios basálticos, andesíticos, fonolíticos y riolíticos" . Mineralogista estadounidense . 98 (7): 1162-1171. doi : 10.2138 / am . 2013.4277 . ISSN 0003-004X .
- ^ Mironov, NL; Tobelko, DP; Smirnov, SZ; Portnyagin, MV; Krasheninnikov, SP (2020). "ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE CO2 EN LA FASE DE GAS DE LAS INCLUSIONES DE FUSIÓN MEDIANTE ESPECTROSCOPIA RAMAN: ESTUDIO DE CASO DE INCLUSIONES EN OLIVINA DEL VOLCÁN KARYMSKY (Kamchatka)" . Geología y Geofísica de Rusia . 61 (5): 600–610. doi : 10.15372 / RGG2019169 .
- ^ Hartley, Margaret E .; Bali, Enikö; Maclennan, John; Neave, David A .; Halldórsson, Sæmundur A. (2018). "Derretir las restricciones de inclusión en la petrogénesis de la erupción de Holuhraun 2014-2015, Islandia" . Contribuciones a la mineralogía y la petrología . 173 (2): 10. doi : 10.1007 / s00410-017-1435-0 . ISSN 0010-7999 . PMC 6953965 . PMID 31983759 .
- ^ a b Wallace, PJ; Kamenetsky, VS; Cervantes, P. (2015). "Contenido de CO2 de inclusión de fusión, presiones de cristalización de olivino y el problema de las burbujas de contracción" . Mineralogista estadounidense . 100 (4): 787–794. doi : 10.2138 / am-2015-5029 . ISSN 0003-004X .
- ^ Danyushevsky, Leonid V; McNeill, Andrew W; Sobolev, Alejandro V (2002). "Estudios experimentales y petrológicos de inclusiones de fusión en fenocristales de magmas derivados del manto: una descripción general de técnicas, ventajas y complicaciones" (PDF) . Geología química . 183 (1–4): 5–24. doi : 10.1016 / S0009-2541 (01) 00369-2 .
- ^ a b Esposito, Rosario; Lamadrid, Héctor M .; Redi, Daniele; Steele-MacInnis, Matthew; Bodnar, Robert J .; Manning, Craig E .; De Vivo, Benedetto; Cannatelli, Claudia; Lima, Annamaria (2016). "Detección de H 2 O líquido en burbujas de vapor en inclusiones fundidas recalentadas: ¿Implicaciones para la composición del fluido magmático y los presupuestos volátiles de los magmas?" . Mineralogista estadounidense . 101 (7): 1691–1695. doi : 10.2138 / am-2016-5689 . ISSN 0003-004X .
- ^ Sobolev, AV; Dmitriev, LV; Baruskov, VL; Nevsorov, VN; Slutsky, AB (1980). "Las condiciones de formación de olivino de alto magnesio de la fracción monomineralic del regolito Luna 24. Actas de la Conferencia de Ciencia Lunar del Apolo 11". Geochimica et Cosmochimica Acta . Suplemento I: 105-116.
- ^ MacDonald, AJ; Spooner, ETC (1981). "Calibración de una etapa programable de calentamiento-enfriamiento Linkam TH 600 para examen microtermométrico de inclusiones de fluidos". Geología económica . 76 (5): 1248-1258. doi : 10.2113 / gsecongeo.76.5.1248 .
- ^ Esposito, R .; Klebesz, R .; Bartoli, O .; Klyukin, Y .; Moncada, D .; Doherty, A .; Bodnar, R. (2012). "Aplicación de la etapa de calentamiento Linkam TS1400XY para estudios de inclusión de fusión". Geociencias abiertas . 4 (2): 208–218. doi : 10.2478 / s13533-011-0054-y .
- ^ Schiano, Pierre (2003). "Magmas del manto primitivo registrados como inclusiones de fusión de silicato en minerales ígneos". Reseñas de Ciencias de la Tierra . 63 (1-2): 121-144. doi : 10.1016 / S0012-8252 (03) 00034-5 .
- ^ a b Metrich, N .; Wallace, PJ (2008). "Abundancias volátiles en magmas basálticos y sus rutas de desgasificación rastreadas por inclusiones de fusión" . Reseñas en Mineralogía y Geoquímica . 69 (1): 363–402. doi : 10.2138 / rmg.2008.69.10 . ISSN 1529-6466 .
- ^ Thomas, Rainer; Davidson, Paul (2012). "La aplicación de la espectroscopia Raman en el estudio de inclusiones fluidas y fundidas" . Zeitschrift der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften . 163 (2): 113–126. doi : 10.1127 / 1860-1804 / 2012 / 0163-0113 . ISSN 1860-1804 .
- ^ Severs, MJ; Azbej, T .; Thomas, JB; Mandeville, CW; Bodnar, RJ (2007). "Determinación experimental de la pérdida de H2O de inclusiones fundidas durante el calentamiento de laboratorio: evidencia de la espectroscopia Raman". Geología química . 237 (3–4): 358–371. doi : 10.1016 / j.chemgeo.2006.07.008 .
- ^ Behrens, Harald; Roux, Jacques; Neuville, Daniel R .; Siemann, Michael (2006). "Cuantificación de H2O disuelto en vidrios de silicato mediante espectroscopia confocal microRaman". Geología química . 229 (1-3): 96-112. doi : 10.1016 / j.chemgeo.2006.01.014 .
- ^ Hauri, Erik (2002). "Análisis SIMS de volátiles en vidrios de silicato, 2: isótopos y abundancias en inclusiones de fusión hawaiana". Geología química . 183 (1–4): 115–141. doi : 10.1016 / S0009-2541 (01) 00374-6 .
- ^ Pettke, Thomas; Halter, Werner E .; Webster, James D .; Aigner-Torres, Mario; Heinrich, Christoph A. (2004). "Cuantificación precisa de la química de inclusión de fusión por LA-ICPMS: una comparación con EMP y SIMS y ventajas y posibles limitaciones de estos métodos". Lithos . 78 (4): 333–361. doi : 10.1016 / j.lithos.2004.06.011 . hdl : 20.500.11850 / 38173 .
- ^ Tucker, Jonathan M .; Hauri, Erik H .; Pietruszka, Aaron J .; García, Michael O .; Marske, Jared P .; Trusdell, Frank A. (2019). "Un alto contenido de carbono del manto hawaiano de inclusiones de fusión alojadas en olivino". Geochimica et Cosmochimica Acta . 254 : 156-172. doi : 10.1016 / j.gca.2019.04.001 .
- ^ a b Venugopal, Swetha; Moune, Séverine; Williams-Jones, Glyn (2016). "Investigando la conexión subterránea debajo del volcán Cerro Negro y el Complejo El Hoyo, Nicaragua". Revista de Vulcanología e Investigación Geotérmica . 325 : 211-224. doi : 10.1016 / j.jvolgeores.2016.06.001 .
- ^ Aster, Ellen M .; Wallace, Paul J .; Moore, Lowell R .; Watkins, James; Gazel, Esteban; Bodnar, Robert J. (2016). "Reconstrucción de concentraciones de CO2 en inclusiones fundidas basálticas mediante análisis Raman de burbujas de vapor". Revista de Vulcanología e Investigación Geotérmica . 323 : 148-162. doi : 10.1016 / j.jvolgeores.2016.04.028 .
- ^ Steele-Macinnis, M .; Esposito, R .; Bodnar, RJ (2011). "Modelo termodinámico para el efecto de la cristalización posterior al atrapamiento en la sistemática H2O-CO2 de inclusiones de fusión de silicato saturadas de vapor" . Revista de Petrología . 52 (12): 2461–2482. doi : 10.1093 / petrology / egr052 . ISSN 0022-3530 .
- ^ Straub, Susanne M .; Layne, Graham D. (2003). "La sistemática de cloro, flúor y agua en rocas volcánicas de frente de arco de Izu: implicaciones para el reciclaje de volátiles en zonas de subducción". Geochimica et Cosmochimica Acta . 67 (21): 4179–4203. doi : 10.1016 / S0016-7037 (03) 00307-7 .
- ^ Audetat, A .; Lowenstern, JB; Turekian, HD; Holanda, KK (2014). Tratado de Geoquímica (Segunda ed.). Oxford: Elsevier. págs. 143-173. ISBN 978-0-08-098300-4.
- ^ Sorby, HC (1858). "Sobre las estructuras microscópicas de los cristales, indicando el origen de minerales y rocas". Revista trimestral de la Sociedad Geológica de Londres . 14 (1–2): 453–500. doi : 10.1144 / GSL.JGS.1858.014.01-02.44 . hdl : 2027 / hvd.32044103124566 .
- ^ VS, Sobolev; Kostyuk, vicepresidente (1975). "Cristalización magmática basada en un estudio de inclusiones fundidas". Investigación de inclusión de fluidos . 9 : 182-235.
- ^ Anderson, AT; Wright, TL (1972). "Fenocristales e inclusiones de vidrio y su relación con la oxidación y mezcla de magmas basálticos, Volcán Kilauea, Hawai". Mineralogista estadounidense . 57 : 188–216.
Otras lecturas
- Frezzotti, Maria-Luce (enero de 2001). "Inclusiones de silicato fundido en rocas magmáticas: aplicaciones a la petrología". Lithos . 55 (1–4): 273–299. Código Bibliográfico : 2001Litho..55..273F . doi : 10.1016 / S0024-4937 (00) 00048-7 .
- Lowenstern, JB (1995). "Aplicaciones de las inclusiones de silicato fundido al estudio de los volátiles magmáticos". En Thompson, JFH (ed.). Depósitos de magmas, fluidos y minerales . Curso corto de la Asociación Mineralógica de Canadá. 23 . págs. 71–99.
- Vivo, B. de; Bodnar, RJ, eds. (2003). Fundir inclusiones en sistemas volcánicos: métodos, aplicaciones y problemas . Elsevier. ISBN 9780080536101.
enlaces externos
- La página de inclusión de Melt (Jake Lowenstern, USGS)
- Inclusiones fluidas y fundidas (Phil Brown, Universidad de Wisconsin – Madison)