mineralogía normativa

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 según los principios de la geoquímica .

Los cálculos normativos de minerales pueden realizarse mediante la norma CIPW o la norma Barth-Niggli (también conocida como norma catiónica).

Los cálculos normativos se utilizan para obtener una mineralogía idealizada de un fundido cristalizado. Primero, se analiza químicamente la roca para determinar sus 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 supuestos sobre el orden de formación de los minerales y las relaciones de fase conocidas de rocas y minerales, y utilizando fórmulas minerales simplificadas. La mineralogía calculada puede utilizarse para evaluar conceptos como la saturación de sílice en los fundidos.

Dado que el cálculo normativo es esencialmente una computación, puede realizarse mediante programas informáticos.

La norma CIPW se desarrolló a principios del siglo XX y recibió su nombre de sus creadores: los petrólogos Charles Cross , Joseph Iddings , Louis Pirsson y el geoquímico Henry Washington . El cálculo de la mineralogía normativa 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 ferromagnesianos están libres de Al ₂ O ₃ .
• Se supone que la relación Fe/Mg es la misma para todos los minerales ferromagnesianos.
• 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 radica en determinar la mineralogía ideal de una roca ígnea afanítica o porfídica . En segundo lugar, permite evaluar el grado de saturación de sílice del magma que formó la roca, incluso en ausencia de especies feldespatoides diagnósticas.

La saturación de sílice de una roca varía no solo con el contenido de sílice, sino también con la proporción de los distintos álcalis y metales presentes en el fundido. Por lo tanto, el plano eutéctico de saturación de sílice es diferente para cada tipo de roca y no se puede estimar fácilmente; de ​​ahí la necesidad 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 conjunto 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 cantidad molar igual de TiO ₂ para ilmenita , CaO y CO ₂ para calcita , para completar los minerales no silicatos más comunes. De los constituyentes 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 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 en la misma medida que los tipos de especies minerales, especialmente entre los minerales ferromagnesianos y los feldespatos, donde es posible encontrar muchas series de soluciones sólidas de minerales, o minerales con proporciones similares de Fe y Mg que se sustituyen, sobre todo con agua (por ejemplo, anfíbol y biotita sustituyendo al piroxeno).

Sin embargo, en las afanitas, o rocas con fenocristales claramente fuera de equilibrio con la matriz , un cálculo mineral normativo suele ser la mejor manera de comprender la evolución de la roca y su relación con otras rocas ígneas de la región.

La norma CIPW o norma catiónica es una herramienta útil para evaluar la saturación o sobresaturación de sílice; las estimaciones de minerales en un modelo matemático se basan en muchos supuestos 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 inapropiado para su uso en rocas acumuladas, la información obtenida es de dudoso valor, ya que una roca acumulada no representa el magma del que fue extraída. Sin embargo, si se puede analizar la matriz de una roca acumulada, es válido utilizar un cálculo normativo para obtener información sobre el magma parental.
• Estado de oxidación . Dado 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 Fe²⁺ ^/ Fe³⁺ ^, un cálculo erróneo de esta relación para la roca en cuestión puede producir cantidades incorrectas de magnetita o hematita, o alterar la mineralogía de los silicatos. Si se conoce la relación Fe²⁺ ^/ Fe³⁺ ^para la muestra, el cálculo resultante debería coincidir más con la mineralogía observada.
• Presión y temperatura. Dado que la norma CIPW se basa en fundidos anhidros y cristalización a presiones relativamente bajas, la mineralogía normativa resultante no refleja la mineralogía observada en todos los tipos de roca, especialmente en aquellas formadas en el manto. La mineralogía normativa no refleja con total precisión la mineralogía de las rocas formadas a altas presiones, donde, por ejemplo, la flogopita puede sustituir al anfíbol, el anfíbol al olivino, etc. Se han desarrollado cálculos normativos modificados que reflejan con mayor exactitud 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 silicatos 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 fases accesorias da lugar a 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. Del mismo modo, si hay grafito presente (como ocurre con 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, produce una fugacidad de oxígeno reducida y altera las relaciones ^Fe²⁺ / ^Fe³⁺ .
• Haluros . La presencia de algunos haluros y elementos no metálicos en el fundido altera la química resultante. Por ejemplo, el boro forma turmalina ; el exceso de cloro puede formar escapolita en lugar de feldespato. Esto es generalmente raro, excepto en algunos granitos de tipo A y rocas relacionadas.
• Desequilibrio mineral. Al igual que las rocas acumuladas, una roca puede contener minerales extraños heredados de fundidos anteriores, o incluso xenolitos o restos minerales . Por ejemplo, no es apropiado calcular la mineralogía normativa en una brecha ígnea .

Por este motivo, no se recomienda utilizar la norma CIPW en kimberlitas , lamproítas , lamprófiros ni en algunas rocas ígneas subsaturadas en sílice. En el caso de la carbonatita , no es apropiado utilizar la norma CIPW en un fundido rico en carbonato.

Es posible aplicar la norma CIPW a rocas ígneas metamorfoseadas. La validez del método se mantiene tanto para rocas ígneas metamorfoseadas como para cualquier otra roca ígnea, y en este caso resulta útil para derivar una mineralogía supuesta a partir de una roca que puede no conservar ningún vestigio de su protolito .

• Geoquímica
• Mineralogía
• Wüstit

• 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.  196-197), ISBN 0-7167-2438-3.

• Cálculo básico del CIPW , excluyendo los pasos para minerales exóticos, con calculadora de hoja de cálculo de Excel.
• Norma CIPW archivada el 7 de mayo de 2011 en el recurso alternativo Wayback Machine , con explicaciones.