Mineralogía normativa

Este artículo incluye una lista de referencias generales , pero carece de suficientes citas en línea correspondientes . Ayúdenos a mejorar este artículo introduciendo citas más precisas. ( junio de 2022 ) ( aprenda cómo y cuándo eliminar este mensaje )

La mineralogía normativa es un cálculo de la composición de una muestra de roca que estima la mineralogía idealizada de una roca basándose en un análisis químico cuantitativo de acuerdo con los principios de la geoquímica .

Los cálculos minerales normativos se pueden realizar mediante la Norma CIPW o la Norma Barth-Niggli (también conocida como Norma de Catión).

Los cálculos normativos se utilizan para producir una mineralogía idealizada de un material fundido cristalizado. En primer lugar, se analiza químicamente una roca para determinar los componentes elementales . Los resultados del análisis químico se expresan tradicionalmente como óxidos (por ejemplo, el porcentaje en peso de Mg se expresa como porcentaje en peso de MgO). A continuación, se calcula la mineralogía normativa de la roca, basándose en suposiciones sobre el orden de formación de los minerales y las relaciones de fase conocidas de las rocas y los minerales, y utilizando fórmulas minerales simplificadas. La mineralogía calculada se puede utilizar para evaluar conceptos como la saturación de sílice de los materiales fundidos.

Dado que el cálculo normativo es esencialmente un cálculo, éste puede lograrse mediante programas informáticos.

La norma CIPW se desarrolló a principios del siglo XX y recibió el nombre de sus creadores, los petrólogos Charles Cross , Joseph Iddings , Louis Pirsson y el geoquímico Henry Washington . El cálculo de mineralogía normativa de la CIPW se basa en los minerales típicos que pueden precipitarse a partir de una masa fundida anhidra a baja presión y simplifica la geoquímica ígnea típica que se observa en la naturaleza con las siguientes cuatro restricciones:

• El magma cristaliza en condiciones anhidras, por lo que no se forman minerales hidratados ( hornblenda , biotita ).
• Se supone que los minerales ferromagnésicos están libres de Al ₂ O ₃ .
• Se supone que la relación Fe/Mg para todos los minerales ferromagnesianos es la misma.
• Se supone que varios minerales son incompatibles, por lo que la nefelina y/o el olivino nunca aparecen con el cuarzo en la norma.

Se trata de un conjunto artificial de restricciones y, por lo tanto, los resultados de la norma CIPW no reflejan el verdadero curso de la diferenciación ígnea en la naturaleza.

El principal beneficio de calcular una norma CIPW es determinar cuál es la mineralogía ideal de una roca ígnea afanítica o porfídica . En segundo lugar, se puede evaluar el grado de saturación de sílice del material fundido que formó la roca en ausencia de especies feldespatoides diagnósticas .

La saturación de sílice de una roca varía no sólo con el contenido de sílice, sino también con la proporción de los diversos álcalis y especies metálicas dentro de la masa fundida. Por lo tanto, el plano eutéctico de saturación de sílice es diferente para las distintas familias de rocas y no se puede estimar fácilmente, de ahí el requisito de calcular si la roca está saturada de sílice o no.

Esto se logra asignando cationes de los elementos principales dentro de la roca a aniones de sílice en proporción modal, para formar minerales de solución sólida en el ensamblaje mineral idealizado comenzando con fósforo para apatita , cloro y sodio para halita , azufre y FeO en pirita , FeO y Cr ₂ O ₃ se asigna para cromita , FeO y una cantidad molar igual de TiO ₂ para ilmenita , CaO y CO ₂ para calcita , para completar los minerales no silicatados más comunes. De los componentes químicos restantes, Al ₂ O ₃ y K ₂ O se asignan con sílice para ortoclasa ; sodio, aluminio y potasio para albita , y así sucesivamente hasta que no quede sílice (en cuyo caso se calculan los feldespatoides) o haya exceso, en cuyo caso la roca contiene cuarzo normativo.

La mineralogía normativa es una estimación de la mineralogía de la roca. Generalmente difiere de la mineralogía observable visualmente, al menos tanto como los tipos de especies minerales, especialmente entre los minerales ferromagnésicos y los feldespatos, donde es posible tener muchas series de minerales en solución sólida, o minerales con proporciones similares de Fe y Mg que se sustituyen, especialmente con agua (por ejemplo, anfíbol y biotita que sustituyen al piroxeno).

Sin embargo, en afanitas, o rocas con fenocristales claramente fuera de equilibrio con la masa fundamental , un cálculo mineral normativo es a menudo el mejor para comprender la evolución de la roca y su relación con otras rocas ígneas de la región.

La norma CIPW o norma de cationes es una herramienta útil para evaluar la saturación o sobresaturación de sílice; las estimaciones de minerales en un modelo matemático se basan en muchas suposiciones y los resultados deben equilibrarse con la mineralogía observable. Las siguientes áreas generan la mayor cantidad de errores en los cálculos:

• Rocas acumuladas . Si bien un cálculo normativo de minerales no es necesariamente inadecuado para su uso en rocas acumuladas, la información obtenida es de valor dudoso porque una roca acumulada no representa el material fundido del que se extrajo. Sin embargo, si se puede analizar la masa fundamental de un material acumulado, es válido utilizar un cálculo normativo para obtener información sobre el material fundido original.
• Estado de oxidación . Debido a que el cálculo normativo divide el Fe entre las fases de óxido y la disponibilidad para las fases de silicato, basándose en estimaciones de la relación Fe ²⁺ /Fe ³⁺ , un cálculo erróneo de la relación para la roca en cuestión puede producir cantidades erróneas de magnetita o hematita, o alterar la mineralogía del silicato. Si se conoce la relación Fe ²⁺ /Fe ³⁺ para la muestra, el cálculo resultante debería coincidir más estrechamente con la mineralogía observada.
• Presión y temperatura. Debido a que la norma CIPW se basa en fundidos anhidros y cristalización a presiones bastante bajas, la mineralogía normativa resultante no refleja la mineralogía observada para todos los tipos de rocas, especialmente las formadas dentro del manto. La mineralogía normativa no es totalmente precisa a la hora de reflejar la mineralogía de rocas formadas a altas presiones donde, por ejemplo, la flogopita puede sustituir a un anfíbol, el anfíbol a un olivino, etc. Se han desarrollado cálculos normativos modificados que reflejan de forma más correcta los regímenes de presión particulares de la corteza profunda y el manto.
• Dióxido de carbono. La influencia del CO2 _en la mayoría de los fundidos de silicato es bastante menor, pero en algunos casos, especialmente en la carbonatita , pero también en ciertas rocas de tipo lamprófiro , kimberlita y lamproíta , la presencia de dióxido de carbono y calcita en el fundido o en las fases accesorias deriva en una mineralogía normativa errónea. Esto se debe a que si no se analiza el carbono, hay un exceso de calcio, lo que provoca una subsaturación normativa de sílice y aumenta el presupuesto mineral de silicato de calcio. De manera similar, si hay grafito (como es el caso de algunas kimberlitas), esto puede producir un exceso de C y, por lo tanto, sesgar el cálculo hacia un exceso de carbonato. El exceso de C elemental también, en la naturaleza, da como resultado una fugacidad de oxígeno reducida y altera las relaciones Fe2 ⁺ /Fe3 ⁺ .
• Haluros . La presencia de algunos haluros y elementos no metálicos en la masa fundida altera la composición química resultante. Por ejemplo, el boro forma turmalina ; el exceso de cloro puede formar escapolita en lugar de feldespato. Esto es generalmente poco frecuente, excepto en algunos granitos de tipo A y rocas relacionadas.
• Desequilibrio mineral. De manera similar a las rocas acumuladas, una roca puede contener minerales extraños heredados de fundidos anteriores, o incluso puede contener xenolitos o restita . Es incorrecto calcular la mineralogía normativa en una brecha ígnea , por ejemplo.

Por esta razón, no se recomienda utilizar una norma CIPW en kimberlitas , lamproítas , lamprófiras y algunas rocas ígneas subsaturadas en sílice. En el caso de la carbonatita , no es adecuado utilizar una norma CIPW en una masa fundida rica en carbonato.

Es posible aplicar la norma CIPW a rocas ígneas metamorfoseadas. La validez del método es tan válida para las rocas ígneas metamorfoseadas como para cualquier roca ígnea y, en este caso, resulta útil para derivar una supuesta mineralogía de una roca que puede no tener restos de mineralogía de protolito .

• Geoquímica
• Mineralogía
• Wüstita

• Hess, PC (1989), Orígenes de las rocas ígneas , Presidente y miembros del Harvard College (págs. 276-285), ISBN  0-674-64481-6 .
• Blatt, Harvey y Robert Tracy (1996), Petrología , 2.ª ed., Freeman (págs. 196–7), ISBN 0-7167-2438-3 . 

• Cálculo básico de CIPW, excluyendo los pasos de minerales exóticos, con calculadora de hoja de cálculo de Excel
• Recurso alternativo de la Norma CIPW, con explicaciones.