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

Transcripción

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

2 Regla de las fases y diagramas de fases

3 La regla de las fases F = # grados de libertad F = C - P+ 2 Número de variables intesivas que deben especificarse para definir un sistema

4 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)

5 La regla de las fases F = # grados de libertad F = C - P + 2 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)

6 La regla de las fases F = # grados de libertad F = C - P + 2 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)

7 Petrología experimental Horno de alta presión 800 Ton Ram La muestra! Carbide Pressure Vessle SAMPLE Graphite Furnace 1 cm Furnace Assembly

8 Sistemas de 1 C 1. Sistema SiO 2 Fig After Swamy and Saxena (1994), J. Geophys. Res., 99, 11,787-11,794. AGU

9 Sistemas de 1 C 2. El Sistema H 2 O Fig After Bridgman (1911) Proc. Amer. Acad. Arts and Sci., 5, ; (1936) J. Chem. Phys., 3, ; (1937) J. Chem. Phys., 5,

10 Sistemas de 2 C A. Sistemas con solución sólida completa 1. Plagioclasa (Ab-An, NaAlSi 3 O 8 - CaAl 2 Si 2 O 8 )

11 Bulk composition a = An 60 = 60 g An + 40 g Ab X An = 60/(60+40) = 0.60

12 F = 2 1. Debemos especificar 2 variables intensivas = equilibrio divariante 2. Podemos modificar dichas variables sin que el número de fases cambie

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14 Considerando un enfriamiento isobárico, liq X An plag X An y Son dependientes de T F = = 1 ( univariante ) Debemos especificar solo 1 variable entre: liq liq plag plag T X An X An (P constante) X Ab X Ab Las pendientes del solidus y el liquidus expresan esa relación

15 A 1450 o C, 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: liquido B + solido C = liquido D + solido F

16 Cuando X plag fi h, entonces X plag = X bulk y entonces la cantidad de líquido es 0 Así, g es la composición del último líquido que cristaliza a 1340 o C, para la composición a.

17 La última plagioclasa que se forma es i = 0.60 Ahora P= 1, entonces F = = 2 plag X An

18 * Las temperaturas reales y los intervalos dependen de la composición de roca total RESUMEN: 1. El líquido cristaliza en un intervalo de 135 o C * 4. La composición del líquido cambia de b a g 5. La composición del sólido cambia de c a h

19 Fusión en equilibrio es exactamente el proceso opuesto Fundiendo An 60 el primer líquido es g An 20 y 1340 o C Aumentando la T, el líquido como la plagioclasa cambian su composición La última plagioclasa en fundirse es c (An 87 ) a 1475 o C

20 Cristalización fraccionada Removiendo cristales, tan pronto se forman, es imposible que se alcance un equilibrio con el líquido A cualquier T X bulk = X liq debido a la remoción de cristales

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

22 Sistema Fo - Fa (Mg 2 SiO 4 - Fe 2 SiO 4 Solución sólida del olivino

23 Sistemas de 2-C Eutécticos Ejemplo: diópsido-anortita No hay solución sólida Fig Isobaric T-X phase diagram at atmospheric pressure. After Bowen (1915), Amer. J. Sci. 40,

24 Líquido de composición a: An70

25 Enfriándolo hasta 1455 o C (punto b)

26 Al continuar enfriando X liq varía a lo largo del liquidus Reacción continua: liq A fi anortita + liq B

27 A 1274 o C P = 3, entonces F = = 0 equilibrio invariante F (P) T y la composición de las fases se encuentran fijas. F El sistema se mantiene a 1274 o Cy se produce una reacción dicontinua hasta que una fase se agota (líquido)

28 A la izquierda del punto eutéctico es análogo

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

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31 Augita cristaliza primero que la plagioclasa Gabbro of the Stillwater Complex, Montana Esto ocurre en el lado izquierdo del eutéctico

32 Plagioclasa cristaliza primero que la augita Textura ofítica Diabase dike Esto ocurre en el lado derecho del eutéctico

33 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.

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

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

36 forsterita + líquido = enstatita

37 i = punto peritectico 1557 o C Fo-En-liq colineares F La geometria indica una reacción: Fo + liq = En F Se consume olivino (y liquido) fi texturas de sorción Cuando acaba la reacción? T=1557 k d i m c Fo Bulk X En

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39 Otro ejemplo y k x i m 1557 d c 1543 Cr Fo En bulk X

40 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 F Removiendo i y enfriando i F Result = En + SiO d c Cr Fo En

41 3 eutécticos binarios No hay solución sólida Eutéctico ternario= M Sistemas de 3-C Diagrama eutéctico ternario Di - An - Fo Anortita M T Diopsido Forsterita

42 Proyección T - X del sistema Di - An - Fo Anortita Eutéctico ternario M T Cotéctico: eutéctico binario extendido a 3-C Diopsido Forsterita

43 Proceso de cristalización Por encima de 1700 C: líquido A 1700 C: Fo + Liq

44 liquido 1 = forsterita + líquido 2 Al cristalizar forsterita el líquido se empobrece en Mg 2 SiO 4 y su composición cambia en dirección directamente contraria del vértice Fo

45 liquido 1 = diópsido + forsterita + líquido 2 Al llegar al punto b (línea cotéctica) cristaliza el diópsido y está en equilibrio con forsterita y líquido.

46 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

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59 Diversidad química magmática

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

61 Dos procesos petrológicos fundamentales Diferenciar? 1. Creación de una diferencia composicional 2. Preservación de dicha diferencia química por medio de una segregación de los componentes químicamente distintos.

62 Fusión parcial Separación de un líquido de un residuo sólido Puede producir una variedad de composiciones de líquido a partir de una sola fuente

63 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

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65 Efecto de la deformación

66 Causas de la diversidad magmática Varios grados de fusión parcial a partir de la misma fuente Distintos eventos de fusión a partir de fuentes diferentes Cristalización fraccionada Transporte de volátiles Mezcla de magmas. Asimilación magmática Inmiscibilidad líquida

68 Cristalización fraccionada Mecanismo dominante Separación influenciada por la gravedad, como respuesta a las diferencias de densidad.

69 Acumulación o sedimentación de cristales F Enfriamiento a partir de a fi capas de olivino en la base de la cámara magmática F Posteriormente, capa de ol+cpx F Finalmente ol+cpx+plag Figure 7-2. After Bowen (1915), A. J. Sci., and Morse (1994), Basalts and Phase Diagrams. Krieger Publishers. Textura de acumulado Magmático (cumulate): Fenocristales en contacto mutuo con material intersticial

70 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)

71 Cristalización polibárica Alta P: liq > ol Baja P ol > liquid Hi-P Low-P Ol Pyx Expansión del campo del olivino a baja presión, incremento en la cantidad de olivino cristalizado.

72 Otros mecanismo que romueven la segregación cristallíquido 1. Compactación 2. Segregación por flujo Figures 11.4 and 11.5 Drever and Johnston (1958). Royal Soc. Edinburgh Trans., 63,

74 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

75 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 From Burnham and Davis (1974). A J Sci., 274,

76 La liberación de volátiles aumenta la T del liquidus fi textura porfídica Puede incrementar P: roca encajonante fracturada El vapor y el líquido escapan formando diques F Líquido silicatadofi Qtz y Fs fi diques de aplita F Fase vapor fi diques de pegmatita

77 Aplita Pegmatita

78 Pegmatitas

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80 F Concentración de elementos incompatibles F Zonación 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,

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82 Turmalina de 8 cm en una pegmatita Cristales de 5 mm de oro en un depósito hidrotermal

83 Aplitas: diques aplíticos