Diferenciación magmática · magma rises and pressure is reduced, the magma may eventually become saturated in the vapor, and a free vapor phase will be released . Figure 7.22. From

Diferenciación magmática

La mayor parte de las figuras de esta presentación se tomaron de Winter,

Regla de las fases y diagramas de fases

F = C - P+ 2 F = # grados de libertad

Número de variables intesivas que deben especificarse para definir un sistema

La regla de las fases

F = C - P + 2 F = # grados de libertad


P = # de fases (minerales)


F = C - P + 2 F = # grados de libertad


P = # de fases (minerales)

C = # minimo de componentes (constituyentes químicos para que definen la variabilidad química de las fase)


La regla de las fases F = C - P + 2

F = # grados de libertad Número de variables intesivas que deben especificarse para

definir un sistema P = # de fases (minerales)

C = # minimo de componentes (constituyentes químicos para que definen la variabilidad química de las fase)

2 = 2 variables intensivas principales (P y T)

Petrología experimental Horno de alta presión

La muestra!

Carbide Pressure Vessle

1 cm Furnace Assembly

SAMPLE

Graphite Furnace

800 Ton Ram

Sistemas de 1 C 1. Sistema SiO2

Fig. 6.6. After Swamy and Saxena (1994), J. Geophys. Res., 99, 11,787-11,794. AGU

2. El Sistema H2O

Fig. 6.7. After Bridgman (1911) Proc. Amer. Acad. Arts and Sci., 5, 441-513; (1936) J. Chem. Phys., 3, 597-605; (1937) J. Chem. Phys., 5, 964-966.

Sistemas de 1 C

Sistemas de 2 C 1. Plagioclasa (Ab-An, NaAlSi3O8 - CaAl2Si2O8) A. Sistemas con solución sólida completa

“Bulk composition” a = An60 = 60 g An + 40 g Ab XAn = 60/(60+40) = 0.60

F = 2 1. Debemos especificar

2 variables intensivas

= equilibrio divariante

2. Podemos modificar

dichas variables sin que el número de fases cambie

Considerando un enfriamiento isobárico, y Son dependientes de T

X An liq X An

plag

F = 2 - 2 + 1 = 1 (“univariante”) Debemos especificar solo 1 variable entre: T X An

liq X Ab liq X An

plag X Ab plag (P constante)

Las pendientes del solidus y el liquidus expresan esa relación

A 1450oC, un líquido de composición d y una plagioclasa f coexisten en equilibrio

En el intervalo entre el solidus y el liquidus ocurre una reacción continua de tipo:

liquidoB + solidoC = liquidoD + solidoF

Cuando Xplag ® h, entonces Xplag = Xbulk y entonces la cantidad de líquido es 0

Así, g es la composición del último líquido que cristaliza a 1340oC, para la composición a.

La última plagioclasa que se forma es i = 0.60 Ahora P= 1, entonces F = 2 - 1 + 1 = 2

X An plag

RESUMEN: 1. El líquido cristaliza en un intervalo de 135oC * 4. La composición del líquido cambia de b a g 5. La composición del sólido cambia de c a h

* Las temperaturas reales y los intervalos dependen de la composición de roca total

Fusión en equilibrio es exactamente el proceso opuesto l Fundiendo An60 el primer líquido es g An20 y 1340oC l Aumentando la T, el líquido como la plagioclasa cambian su composición l La última plagioclasa en fundirse es c (An87) a 1475oC

Cristalización fraccionada •Removiendo cristales, tan pronto se forman, es imposible que se alcance un equilibrio con el líquido •A cualquier T Xbulk = Xliq debido a la remoción de cristales

Fusión parcial •Removiendo el líquido, tan pronto se forma •Xbulk = 0.60, genera un líquido = g •Al remover y enfriar g ® se obtiene una plagioclasa final = i

Sistema Fo - Fa (Mg2SiO4 - Fe2SiO4 Solución sólida del olivino

Sistemas de 2-C Eutécticos Ejemplo: diópsido-anortita No hay solución sólida

Fig. 6.11. Isobaric T-X phase diagram at atmospheric pressure. After Bowen (1915), Amer. J. Sci. 40, 161-185.

Líquido de composición a: An70

Enfriándolo hasta 1455oC (punto b)

l Al continuar enfriando Xliq varía a lo largo del liquidus

l Reacción continua: liqA ® anortita + liqB

A 1274oC P = 3, entonces F = 2 - 3 + 1 = 0 equilibrio invariante F (P) T y la composición de las fases se encuentran fijas. F El sistema se mantiene a 1274oCy se produce una reacción

dicontinua hasta que una fase se agota (líquido)

A la izquierda del punto eutéctico es análogo

Resumen: 1. El líquido cristaliza en un intervalo de ~280oC 2. Una secuencia de minerales cristaliza, los minerales aumentan mientras T decrece 3. La secuencia de cristalización depende de T y de X

Augita cristaliza primero que la plagioclasa

Esto ocurre en el lado izquierdo del eutéctico

Gabbro of the Stillwater Complex, Montana

Esto ocurre en el lado derecho del eutéctico

Textura ofítica

Diabase dike

Plagioclasa cristaliza primero que la augita

Importante: • El último liquido en cristalizar en un sistema de este tipo tiene la composición del eutéctico. • En la fusión en equilibrio es exactamente a la inversa.

Sistemas de 2-C Peritécticos 3 fases enstatita = forsterita + SiO2

Del lado derecho a “c”(eutéctico), situación análoga a los sistemas eutécticos

forsterita + líquido = enstatita

i = punto “peritectico” 1557oC Fo-En-liq colineares FLa geometria indica una reacción: Fo + liq = En FSe consume olivino (y liquido) ® texturas de sorción

Cuando acaba la reacción?

c d

i k m

Fo En

T=1557

Bulk X

1543

c d

i k m

Fo En

1557

bulk X

x

y

Cr

Otro ejemplo

Fusión incongruente de la enstatita F En = Fo + Liq i en el punto peritéctico F (un sólido se funde para formar un sólido distinto y

un líquido)

La fusión parcial de Fo + En (harzburgita) F En + Fo producen un liq = i FRemoviendo i y enfriando FResult = En + SiO2

1543

c d

i

Fo En

1557 Cr

Sistemas de 3-C Diagrama eutéctico ternario

Di - An - Fo

T

M

Anortita

Forsterita Diopsido

3 eutécticos binarios No hay solución sólida Eutéctico ternario= M

Proyección T - X del sistema Di - An - Fo

T M

Anortita

Forsterita Diopsido

•Eutéctico ternario

•Cotéctico: eutéctico binario extendido a 3-C

Proceso de cristalización ØPor encima de 1700° C: líquido

ØA 1700° C: Fo + Liq

Al cristalizar forsterita el líquido se empobrece en Mg2SiO4 y su composición cambia en dirección directamente contraria del vértice Fo

liquido 1 = forsterita + líquido 2

Al llegar al punto b (línea cotéctica) cristaliza el diópsido y está en equilibrio con forsterita y líquido.

liquido 1 = diópsido + forsterita + líquido 2

La mezcla seguirá el cotéctico hasta alcanzar el eutéctico M a 1270° C, donde cristalizará la anortita

liquido = diópsido + forsterita + anortita

Una vez consumido el líquido, la temperatura decrece y coexisten 3 fases sólidas: forsterita + diópsido + anortita

Diversidad química magmática

Cualquier proceso a partir del cual un magma cambia su composición se denomina diferenciación magmática

Diversidad magmática

¿Diferenciar? l Dos procesos petrológicos

fundamentales

1. Creación de una diferencia composicional

2. Preservación de dicha diferencia química por medio de una segregación de los componentes químicamente distintos.

Fusión parcial

§ Separación de un líquido de un residuo sólido § Puede producir una variedad de composiciones

de líquido a partir de una sola fuente

Capacidad de segregación de líquido

•Ángulo diedro (dihedral angle): ángulo entre 2 cristales y el líquido

•Porcentaje crítico de líquido: comportamiento reológico (dominio líquido)

Menor energía de superficie Mayor energía de superficie

Efecto de la deformación

Causas de la diversidad magmática

l Varios grados de fusión parcial a partir de la misma fuente

l Distintos eventos de fusión a partir de fuentes diferentes

l Cristalización fraccionada l Transporte de volátiles l Mezcla de magmas. l Asimilación magmática l Inmiscibilidad líquida





l Mecanismo dominante

l Separación influenciada por la gravedad, como respuesta a las diferencias de densidad.

Cristalización fraccionada

Acumulación o “sedimentación” de cristales

F Enfriamiento a partir de a ® capas de olivino en la base de la cámara magmática

F Posteriormente, capa de ol+cpx

F Finalmente ol+cpx+plag

Textura de acumulado Magmático (cumulate):

Fenocristales en contacto mutuo con material intersticial

Figure 7-2. After Bowen (1915), A. J. Sci., and

Morse (1994), Basalts and Phase Diagrams.

Krieger Publishers.

Figure 11.2 Variation diagram using MgO as the abscissa for lavas associated with the 1959 Kilauea eruption in Hawaii. After Murata and Richter, 1966 (as modified by Best, 1982)

Ol

Low-P

Pyx

Hi-P

Alta P: liq > ol

Baja P ol > liquid

Expansión del campo del olivino a baja presión, incremento en la cantidad de olivino cristalizado.

Cristalización polibárica

Otros mecanismo que romueven la segregación cristal-líquido 1. Compactación 2. Segregación por flujo

Figures 11.4 and 11.5 Drever and Johnston (1958). Royal Soc. Edinburgh Trans., 63, 459-499.





Transporte de volátiles

• Vapor liberado por el calentamiento de la roca encajonante (hidratada o carbonatada)

• Liberación de los volátiles del magma por descenso de la presión (pérdida de la capacida de disolución)

• Etapa final de la cristalización fraccionada: enriquecimiento en elementos incompatibles

Volatile Transport 2. As a volatile-bearing

(but undersaturated) magma rises and pressure is reduced, the magma may eventually become saturated in the vapor, and a free vapor phase will be released

Figure 7.22. From Burnham and Davis (1974). A J Sci., 274, 902-940.

l La liberación de volátiles aumenta la T del liquidus ® textura porfídica

l Puede incrementar P: roca encajonante fracturada l El vapor y el líquido escapan formando diques

FLíquido silicatado® Qtz y Fs ® diques de

aplita FFase vapor ® diques de pegmatita

Aplita

Pegmatita

Pegmatitas

FConcentración de elementos incompatibles FZonación

Figure 11.6 Sections of three zoned fluid-phase deposits (not at the same scale). a. Miarolitic pod in granite (several cm across). b. Asymmetric zoned pegmatite dike with aplitic base (several tens of cm across). c. Asymmetric zoned pegmatite with granitoid outer portion (several meters across). From Jahns and Burnham (1969). Econ. Geol., 64, 843-864.

Turmalina de 8 cm en una pegmatita

Cristales de 5 mm de oro en un depósito hidrotermal

Aplitas: diques aplíticos

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Diferenciación magmática · magma rises and pressure is reduced, the magma may eventually become saturated in the vapor, and a free vapor phase will be released . Figure 7.22. From