Diferenciação ígnea - Igneous differentiation

Em geologia , diferenciação ígnea , ou diferenciação magmática , é um termo genérico para os vários processos pelos quais os magmas sofrem alterações químicas em massa durante o processo de fusão parcial , resfriamento, colocação ou erupção . A sequência de magmas (geralmente cada vez mais silícicos) produzidos por diferenciação ígnea é conhecida como uma série de magmas .

Definições

Derretimentos primários

Quando uma rocha derrete para formar um líquido, o líquido é conhecido como fusão primária . Os fundidos primários não sofreram qualquer diferenciação e representam a composição inicial de um magma. Na natureza, derretimentos primários raramente são vistos. Alguns leucossomos de migmatitos são exemplos de derretimentos primários. Os fundidos primários derivados do manto são especialmente importantes e são conhecidos como fundidos primitivos ou magmas primitivos. Ao encontrar a composição do magma primitivo de uma série de magmas, é possível modelar a composição da rocha a partir da qual o derretimento foi formado, o que é importante porque temos poucas evidências diretas do manto da Terra.

Parental derrete

Onde for impossível encontrar a composição do magma primitivo ou primário, muitas vezes é útil tentar identificar uma fusão parental. Um derretimento parental é uma composição de magma da qual a gama observada de químicas magmáticas foi derivada pelos processos de diferenciação ígnea. Não precisa ser um derretimento primitivo.

Por exemplo, presume-se que uma série de fluxos de lava de basalto estejam relacionados entre si. Uma composição a partir da qual eles poderiam ser razoavelmente produzidos por cristalização fracionada é denominada fusão parental . Para provar isso, modelos de cristalização fracionada seriam produzidos para testar a hipótese de que eles compartilham um fundido parental comum.

Rochas acumuladas

A cristalização fracionada e o acúmulo de cristais formados durante o processo de diferenciação de um evento magmático são conhecidos como rochas acumuladas , e essas partes são as primeiras que se cristalizam no magma. Identificar se uma rocha é acumulada ou não é crucial para entender se ela pode ser modelada de volta para um derretimento primário ou um derretimento primitivo, e identificar se o magma deixou cair minerais acumulados é igualmente importante, mesmo para rochas que não contêm fenocristais .

Causas subjacentes de diferenciação

A principal causa da mudança na composição de um magma é o resfriamento , que é uma consequência inevitável do magma sendo criado e migrando do local de fusão parcial para uma área de menor estresse - geralmente um volume mais frio da crosta.

O resfriamento faz com que o magma comece a cristalizar os minerais da porção derretida ou líquida do magma. A maioria dos magmas é uma mistura de rocha líquida (fusão) e minerais cristalinos (fenocristais).

A contaminação é outra causa de diferenciação do magma. A contaminação pode ser causada pela assimilação das rochas da parede, mistura de dois ou mais magmas ou mesmo pela reposição da câmara magmática com magma quente e fresco.

Toda a gama de mecanismos de diferenciação tem sido referido como o processo de exploração agrícola, que significa F cristalização ractional, Um ssimilation, R eplenishment e M mistura agma.

Cristalização fracionada de rochas ígneas

A cristalização fracionada é a remoção e segregação de um fundido de precipitados minerais , o que altera a composição do fundido. Este é um dos processos geoquímicos e físicos mais importantes que operam na crosta e no manto da Terra .

A cristalização fracionada em fundidos de silicato ( magmas ) é um processo muito complexo se comparado aos sistemas químicos de laboratório, pois é afetado por uma ampla variedade de fenômenos. As principais são a composição, temperatura e pressão de um magma durante seu resfriamento.

A composição de um magma é o controle primário no qual o mineral é cristalizado à medida que o fundido esfria passando pelo liquidus . Por exemplo, em fundidos máficos e ultramáficos , os conteúdos de MgO e SiO 2 determinam se forsterita olivina é precipitada ou se piroxênio enstatita é precipitado.

Dois magmas de composição e temperatura semelhantes a diferentes pressões podem cristalizar diferentes minerais. Um exemplo é a cristalização fracionada de granitos em alta pressão e alta temperatura para produzir granito de feldspato único e condições de baixa temperatura e baixa pressão que produzem granitos de feldspato duplo.

A pressão parcial das fases voláteis em fundidos de silicato também é de importância primordial, especialmente na cristalização de granitos quase solidus .

Assimilação

A assimilação é um mecanismo popular para explicar a felsificação de magmas ultramáficos e máficos à medida que sobem pela crosta. A assimilação assume que um fundido primitivo quente invadindo uma crosta félsica mais fria derreterá a crosta e se misturará com o derretimento resultante. Isso então altera a composição do magma primitivo. Também rochas hospedeiras máficas pré-existentes podem ser assimiladas, com pouco efeito na química do magma em massa.

Efeitos desse tipo são esperados e foram claramente comprovados em muitos lugares. Existe, no entanto, uma relutância geral em admitir que são de grande importância. A natureza e a sucessão dos tipos de rocha , via de regra, não mostram qualquer relação com os materiais sedimentares ou outros que se supõe terem sido dissolvidos; e onde a solução é conhecida, os produtos são geralmente de caráter anormal e facilmente distinguíveis dos tipos de rochas comuns.

Reabastecimento

Quando um fundido sofre resfriamento ao longo da linha de descida do líquido, os resultados são limitados à produção de um corpo sólido homogêneo de rocha intrusiva, com mineralogia e composição uniformes, ou uma massa cumulada parcialmente diferenciada com camadas, zonas de composição e assim por diante. Este comportamento é bastante previsível e fácil de provar com investigações geoquímicas. Nesses casos, uma câmara magmática formará uma boa aproximação da série de reações de Bowen ideal . No entanto, a maioria dos sistemas magmáticos são eventos polifásicos, com vários pulsos de magmatismo. Nesse caso, a linha de descida do líquido é interrompida pela injeção de um novo lote de magma quente indiferenciado. Isso pode causar cristalização fracionária extrema por causa de três efeitos principais:

  • O calor adicional fornece energia adicional para permitir uma convecção mais vigorosa, permite a reabsorção das fases minerais existentes de volta para o fundido e pode fazer com que uma forma de um mineral de alta temperatura ou outros minerais de alta temperatura comece a precipitar
  • O magma fresco altera a composição do fundido, alterando a química das fases que estão sendo precipitadas. Por exemplo, o plagioclásio conforma-se à linha descendente líquida formando anortita inicial que, se removida, muda a composição mineral de equilíbrio para oligoclase ou albita . O reabastecimento do magma pode reverter essa tendência, de modo que mais anortita é precipitada sobre as camadas acumuladas de albita.
  • O magma fresco desestabiliza os minerais que precipitam em séries de soluções sólidas ou eutéticas ; uma mudança na composição e na temperatura pode causar cristalização extremamente rápida de certas fases minerais que estão passando por uma fase de cristalização eutética.

Mistura de magma

Mistura de magma é o processo pelo qual dois magmas se encontram, misturam-se e formam um magma de uma composição em algum lugar entre os dois magmas membros finais.

A mistura do magma é um processo comum em câmaras de magma vulcânico, que são câmaras de sistema aberto onde os magmas entram na câmara, sofrem alguma forma de assimilação, cristalização fracionada e extração de fusão parcial (via erupção de lava ) e são reabastecidos.

A mistura de magma também tende a ocorrer em níveis mais profundos da crosta e é considerada um dos principais mecanismos para a formação de rochas intermediárias, como monzonito e andesito . Aqui, devido à transferência de calor e ao aumento do fluxo volátil da subducção , a crosta silícica derrete para formar um magma félsico (essencialmente granítico em composição). Esses fundidos graníticos são conhecidos como underplate . Basalto derrete primários formados no manto abaixo da elevação da crosta e se misturam com os magmas underplate, o resultado sendo parte do caminho entre basalto e riolite ; literalmente uma composição 'intermediária'.

Outros mecanismos de diferenciação

Encapsulamento de interface A convecção em uma grande câmara magmática está sujeita à interação de forças geradas pela convecção térmica e a resistência oferecida pelo atrito, viscosidade e arrasto no magma oferecido pelas paredes da câmara magmática. Freqüentemente, perto das margens de uma câmara magmática que está em convecção, camadas mais frias e viscosas se formam concentricamente de fora para dentro, definidas por quebras na viscosidade e na temperatura. Isso forma um fluxo laminar , que separa vários domínios da câmara magmática que podem começar a se diferenciar separadamente.

A faixa de fluxo é o resultado de um processo de cristalização fracionada que ocorre por convecção, se os cristais que ficam presos nas margens da faixa de fluxo são removidos do fundido. A fricção e a viscosidade do magma fazem com que os fenocristais e xenólitos dentro do magma ou lava diminuam perto da interface e fiquem presos em uma camada viscosa. Isso pode alterar a composição do fundido em grandes intrusões , levando à diferenciação.

Extração parcial do fundido
Com referência às definições acima, uma câmara magmática tenderá a resfriar e cristalizar os minerais de acordo com a linha de descendência do líquido. Quando isso ocorre, especialmente em conjunto com o zoneamento e o acúmulo de cristais, e a porção fundida é removida, isso pode alterar a composição de uma câmara magmática. Na verdade, esta é basicamente uma cristalização fracionária, exceto que, neste caso, estamos observando uma câmara de magma que é o remanescente da qual um fundido filho foi extraído.

Se essa câmara de magma continuar a esfriar, os minerais que ela forma e sua composição geral não corresponderão a uma linha de descendência líquida de amostra ou a uma composição de magma parental.

Comportamentos típicos de câmaras de magma

Vale a pena reiterar que as câmaras magmáticas geralmente não são entidades únicas estáticas. A câmara magmática típica é formada por uma série de injeções de massa fundida e magma, e a maioria também está sujeita a alguma forma de extração parcial da massa fundida.

Magmas de granito são geralmente muito mais viscosos do que magmas máficos e são geralmente mais homogêneos em composição. Isso geralmente é considerado causado pela viscosidade do magma, que é ordens de magnitude maior do que os magmas máficos. A maior viscosidade significa que, quando derretido, um magma granítico tenderá a se mover em uma massa concentrada maior e ser colocado como uma massa maior porque é menos fluido e capaz de se mover. É por isso que os granitos tendem a ocorrer como grandes plútons e as rochas máficas como diques e peitoris .

Os granitos são mais frios e, portanto, menos capazes de derreter e assimilar rochas campestres. A contaminação no atacado é, portanto, pequena e incomum, embora a mistura de fundidos graníticos e basálticos não seja desconhecida onde o basalto é injetado em câmaras de magma granítico.

Magmas máficos são mais propensos a fluir e, portanto, são mais propensos a sofrer reposição periódica de uma câmara magmática. Por serem mais fluidos, a precipitação dos cristais ocorre muito mais rapidamente, resultando em maiores mudanças por cristalização fracionada. Temperaturas mais altas também permitem que magmas máficos assimilem rochas de parede mais facilmente e, portanto, a contaminação é mais comum e melhor desenvolvida.

Gases dissolvidos

Todos os magmas ígneos contêm gases dissolvidos ( água , ácido carbônico , sulfeto de hidrogênio , cloro, flúor, ácido bórico , etc.). Destas, a água é a principal, e antigamente se acreditava que havia se infiltrado da superfície da Terra para as rochas aquecidas abaixo, mas agora é geralmente admitido como parte integrante do magma. Muitas peculiaridades da estrutura das rochas plutônicas em contraste com as lavas podem ser razoavelmente explicadas pela operação desses gases, que foram incapazes de escapar conforme as massas profundas resfriaram lentamente, enquanto eram prontamente abandonadas pelas efusões superficiais . As rochas ácidas plutônicas ou intrusivas nunca foram reproduzidas por experimentos de laboratório, e as únicas tentativas bem-sucedidas de obter seus minerais artificialmente foram aquelas em que provisões especiais foram feitas para a retenção dos gases "mineralizantes" nos cadinhos ou tubos selados empregados. Esses gases freqüentemente não entram na composição dos minerais formadores de rocha, pois a maioria deles é isenta de água, ácido carbônico, etc. Portanto, à medida que a cristalização continua, o fundido residual deve conter uma proporção cada vez maior de constituintes voláteis. É concebível que nos estágios finais a parte ainda não cristalizada do magma tenha mais semelhança com uma solução de matéria mineral em vapor superaquecido do que com uma fusão ígnea seca. O quartzo , por exemplo, é o último mineral a se formar em um granito. Traz muito da marca do quartzo que sabemos ter sido depositado a partir de solução aquosa em veios , etc. É ao mesmo tempo o mais infusível de todos os minerais comuns das rochas. A sua formação tardia mostra que, neste caso, surgiu a temperaturas comparativamente baixas e aponta claramente para a importância especial dos gases do magma como determinantes da sequência de cristalização.

Quando a solidificação está quase completa, os gases não podem mais ficar retidos na rocha e escapar por fissuras em direção à superfície. Eles são poderosos agentes no ataque aos minerais das rochas que atravessam, e exemplos de sua operação são encontrados na caulinização de granitos, turmalinização e formação de greisen , deposição de veios de quartzo e o grupo de mudanças conhecido como propilitização. Esses processos "pneumatolíticos" são de extrema importância na gênese de muitos depósitos de minério . Eles são uma parte real da história do próprio magma e constituem as fases terminais da sequência vulcânica.

Quantificando a diferenciação ígnea

Existem vários métodos para medir e quantificar diretamente os processos de diferenciação ígnea;

  • Geoquímica de rocha inteira de amostras representativas, para rastrear mudanças e evolução dos sistemas de magma
  • Geoquímica do elemento traço
  • Geoquímica de isótopos
    • Investigar a contaminação de sistemas de magma por assimilação de rocha de parede usando isótopos radiogênicos

Em todos os casos, o método primário e mais valioso para identificar processos de diferenciação de magma é mapear as rochas expostas, rastrear mudanças mineralógicas dentro das rochas ígneas e descrever relações de campo e evidências texturais para diferenciação de magma. A termobarometria de clinopiroxênio pode ser usada para determinar as pressões e temperaturas de diferenciação do magma.

Veja também

Referências

links externos

  • Pacote de software COMAGMAT projetado para facilitar a modelagem termodinâmica de diferenciação ígnea
  • Pacote de software MELTS projetado para facilitar a modelagem termodinâmica de equilíbrios de fase em sistemas magmáticos.