Cristalización fraccionada (geología)
Proceso de formación de rocas
Cristalización
Fundamentos
Conceptos
Métodos y tecnología
Diagramas esquemáticos que muestran los principios que sustentan la cristalización fraccionada en un magma . Mientras se enfría, el magma evoluciona en su composición porque diferentes minerales cristalizan a partir del material fundido. 1 : cristaliza el olivino ; 2 : cristalizan el olivino y el piroxeno ; 3 : cristalizan el piroxeno y la plagioclasa ; 4 : cristaliza la plagioclasa. En el fondo del depósito de magma se forma una roca acumulada .

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 o simplemente la cristalización fraccionada es la eliminación de cristales formados tempranamente de un magma homogéneo original para evitar que los cristales reaccionen más con el fundido residual.

Rocas ígneas

La cristalización fraccionada es la eliminación y segregación de precipitados minerales de un material fundido ; excepto en casos especiales, la eliminación de los cristales cambia la composición del magma. [2] En esencia, la cristalización fraccionada es la eliminación de cristales formados tempranamente de un magma originalmente homogéneo (por ejemplo, por sedimentación por gravedad) de modo que se evita que estos cristales reaccionen más con el material fundido residual. [3] La composición del material fundido restante se agota relativamente en algunos componentes y se enriquece en otros, lo que resulta en la precipitación de una secuencia de minerales diferentes. [4]

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 en la presión y la 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. [5] Por ejemplo, la presión parcial ( fugacidad ) del agua en fundidos de silicato puede ser de suma importancia, como en la cristalización casi en estado sólido de magmas de composición de granito . [6] [7] La ​​secuencia de cristalización de minerales de óxido como la magnetita y la ulvoespinela es sensible a la fugacidad de oxígeno de los fundidos, [8] 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 . [9] [10]

Los experimentos han proporcionado muchos ejemplos de las complejidades que controlan qué mineral se cristaliza primero a medida que la masa fundida se enfría más allá del líquido .

Un ejemplo se refiere a la cristalización de fundidos que forman rocas máficas y ultramáficas . Las concentraciones de MgO y SiO2 en los fundidos se encuentran entre las variables que determinan si se precipita el olivino de forsterita o el piroxeno de enstatita [11] , pero el contenido de agua y la presión también son importantes. En algunas composiciones, a altas presiones sin agua se favorece la cristalización de la enstatita, pero en presencia de agua a altas presiones, se favorece el olivino [12] .

Los magmas graníticos proporcionan ejemplos adicionales de cómo los fundidos de composición y temperatura generalmente similares, pero a diferente presión, pueden cristalizar diferentes minerales. La presión determina el contenido máximo de agua de un magma de composición granítica. La cristalización fraccionada a alta temperatura de magmas de granito relativamente pobres en agua puede producir granito de un solo feldespato alcalino , y la cristalización a menor temperatura de magma relativamente rico en agua puede producir granito de dos feldespatos . [13]

Durante el proceso de cristalización fraccionada, los fundidos se enriquecen con elementos incompatibles . [14] Por lo tanto, el conocimiento de la secuencia de cristalización es fundamental para comprender cómo evolucionan las composiciones de los fundidos. Las texturas de las rocas proporcionan información, como se documentó a principios del siglo XX mediante la serie de reacciones de Bowen . [15] Un ejemplo de dicha textura , relacionada con la cristalización fraccionada, son las texturas intergranulares (también conocidas como intercúmulos) que se desarrollan dondequiera que un mineral cristalice más tarde que la matriz circundante, llenando así el espacio intersticial sobrante. Varios óxidos de cromo, hierro y titanio muestran tales texturas, como la cromita intergranular en una matriz silícea. [ cita requerida ] Los diagramas de fases determinados experimentalmente para mezclas simples proporcionan información sobre los principios generales. [16] [17] Los cálculos numéricos con software especial se han vuelto cada vez más capaces de simular procesos naturales con precisión. [18] [19]

Rocas sedimentarias

La cristalización fraccionada es importante en la formación de rocas evaporíticas sedimentarias. [20]

Véase también

  • Roca acumulada  – Rocas ígneas formadas por la acumulación de cristales de un magma ya sea por sedimentación o flotación.
  • 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 en función de las diferencias en su solubilidad.
  • Diferenciación ígnea  – Proceso geológico en la formación de algunas rocas ígneas
  • Intrusión estratificada  : gran cuerpo de roca ígnea en forma de umbralPáginas que muestran descripciones de wikidata como alternativa

Referencias

  1. ^ Petrología El estudio de las rocas ígneas , Loren A. Raymond, 1995, McGraw-Hill, pág. 91
  2. ^ Wilson BM (1989). Petrogénesis ígnea: un enfoque tectónico global. Springer. pág. 82. ISBN 9780412533105.
  3. ^ Emeleus, CH; Troll, VR (agosto de 2014). "El Centro Ígneo del Ron, Escocia". Revista Mineralógica . 78 (4): 805–839. Código Bibliográfico :2014MinM...78..805E. doi : 10.1180/minmag.2014.078.4.04 . ISSN  0026-461X.
  4. ^ Petrología El estudio de las rocas ígneas , Loren A. Raymond, 1995, McGraw-Hill, pág. 65
  5. ^ Lange, RL; Carmichael, Ian SE (1990). "Propiedades termodinámicas de líquidos de silicato con énfasis en densidad, expansión térmica y compresibilidad". Reseñas en Mineralogía y Geoquímica . 24 (1): 25–64 . Consultado el 8 de noviembre de 2020 .
  6. ^ Huang, WL; Wyllie, PJ (marzo de 1973). "Relaciones de fusión de granito moscovita a 35 kbar como modelo para la fusión de sedimentos oceánicos subducidos metamorfoseados". Contribuciones a la mineralogía y la petrología . 42 (1): 1–14. Bibcode :1973CoMP...42....1H. doi :10.1007/BF00521643. S2CID  129917491.
  7. ^ Philpotts, Anthony R.; Ague, Jay J. (2009). Principios de petrología ígnea y metamórfica (2.ª ed.). Cambridge, Reino Unido: Cambridge University Press. pp. 604–612. ISBN 9780521880060.
  8. ^ McBirney, Alexander R. (1984). Petrología ígnea . San Francisco, California: Freeman, Cooper. págs. 124-127. ISBN 0877353239.
  9. ^ Juster, Thomas C.; Grove, Timothy L.; Perfit, Michael R. (1989). "Restricciones experimentales en la generación de basaltos, andesitas y riodacitas de FeTi en el Centro de Expansión de Galápagos, 85°O y 95°O". Revista de Investigación Geofísica . 94 (B7): 9251. Código Bibliográfico :1989JGR....94.9251J. doi :10.1029/JB094iB07p09251.
  10. ^ Philpotts y Ague 2009, págs. 609–611.
  11. ^ Philpotts y Ague 2009, págs. 201–205.
  12. ^ Kushiro, Ikuo (1969). "El sistema de forsterita-diópsido-sílice con y sin agua a altas presiones" (PDF) . American Journal of Science . 267.A: 269–294 . Consultado el 8 de noviembre de 2020 .
  13. ^ McBirney 1984, págs. 347–348.
  14. ^ Klein, EM (2005). "Geoquímica de la corteza ígnea oceánica". En Rudnick, R. (ed.). La corteza: Tratado de geoquímica, volumen 3. Ámsterdam: Elsevier. pág. 442. ISBN 0-08-044847-X.
  15. ^ Bowen, NL (1956). La evolución de las rocas ígneas . Canadá: Dover. págs. 60–62.
  16. ^ McBirney 1984, págs. 68-102.
  17. ^ Philpotts y Ague 2009, págs. 194-240.
  18. ^ Philpotts y Ague 2009, págs. 239-240.
  19. ^ Ghiorso, Mark S.; Hirschmann, Marc M.; Reiners, Peter W.; Kress, Victor C. (mayo de 2002). "El pMELTS: una revisión del MELTS para un cálculo mejorado de las relaciones de fases y la partición de los elementos principales relacionados con la fusión parcial del manto a 3 GPa: pMELTS, UNA REVISIÓN DEL MELTS". Geoquímica, Geofísica, Geosistemas . 3 (5): 1–35. doi : 10.1029/2001GC000217 .
  20. ^ Raab, M.; Spiro, B. (abril de 1991). "Variaciones isotópicas del azufre durante la evaporación del agua de mar con cristalización fraccionada". Chemical Geology: Isotope Geoscience Section . 86 (4): 323–333. Bibcode :1991CGIGS..86..323R. doi :10.1016/0168-9622(91)90014-N.
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