Cristalización fraccionada (geología)

La cristalización fraccionada , o fraccionamiento cristalino , es uno de los procesos geoquímicos y físicos más importantes que tienen lugar en la corteza y el manto de un cuerpo planetario rocoso, como la Tierra. Es importante en la formación de rocas ígneas porque es uno de los principales procesos de diferenciación magmática . ^{[ 1 ]} La cristalización fraccionada también es importante en la formación de rocas evaporíticas sedimentarias .

La cristalización fraccionada es la remoción y segregación de precipitados minerales de una masa fundida ; salvo en casos especiales, la remoción de los cristales cambia la composición del magma. ^{[ 2 ]} En esencia, la cristalización fraccionada es la remoción de cristales formados tempranamente de un magma originalmente homogéneo (por ejemplo, por sedimentación gravitacional) para evitar que estos cristales reaccionen con la masa fundida residual. ^{[ 3 ]} La composición de la masa fundida restante se empobrece relativamente en algunos componentes y se enriquece en otros, lo que da como resultado la precipitación de una secuencia de diferentes minerales. ^{[ 4 ]}

La cristalización fraccionada en fundidos de silicatos ( magmas ) es compleja en comparación con la cristalización en sistemas químicos a presión y composición constantes, ya que los cambios en la presión y la composición pueden tener efectos drásticos en la evolución del magma. La adición y la pérdida de agua, dióxido de carbono y oxígeno se encuentran entre los cambios composicionales que deben considerarse. ^{[ 5 ]} Por ejemplo, la presión parcial ( fugacidad ) del agua en los fundidos de silicatos puede ser de suma importancia, como en la cristalización cercana al sólidus de magmas de composición granítica . ^{[ 6 ] [ 7 ]} La secuencia de cristalización de minerales de óxido como la magnetita y la ulvoespinela es sensible a la fugacidad de oxígeno de los fundidos, ^{[ 8 ]} y la separación de las fases de óxido puede ser un control importante de la concentración de sílice en el magma en evolución, y puede ser importante en la génesis de la andesita . ^{[ 9 ] [ 10 ]}

Los experimentos han proporcionado numerosos ejemplos de las complejidades que controlan qué mineral cristaliza primero a medida que el fundido se enfría más allá del liquidus .

Un ejemplo se refiere a la cristalización de fundidos que forman rocas máficas y ultramáficas . Las concentraciones de MgO y SiO₂ _en los fundidos se encuentran entre las variables que determinan si se precipita olivino forsterita o piroxeno enstatita , ^{[ 11 ]} pero el contenido de agua y la presión también son importantes. En algunas composiciones, a altas presiones sin agua se favorece la cristalización de enstatita, pero en presencia de agua a altas presiones, se favorece el olivino. ^{[ 12 ]}

Los magmas graníticos proporcionan ejemplos adicionales de cómo los fundidos de composición y temperatura generalmente similares, pero a diferente presión, pueden cristalizar distintos minerales. La presión determina el contenido máximo de agua de un magma de composición granítica. La cristalización fraccionada a alta temperatura de magmas graníticos relativamente pobres en agua puede producir granito de un solo feldespato alcalino , y la cristalización a menor temperatura de un magma relativamente rico en agua puede producir granito de dos feldespatos . ^{[ 13 ]}

Durante el proceso de cristalización fraccionada, los fundidos se enriquecen en elementos incompatibles . ^{[ 14 ]} Por lo tanto, el conocimiento de la secuencia de cristalización es fundamental para comprender cómo evolucionan las composiciones de los fundidos. Las texturas de las rocas proporcionan información valiosa, como lo documentó a principios del siglo XX la serie de reacciones de Bowen . ^{[ 15 ]} Un ejemplo de dicha textura , relacionada con la cristalización fraccionada, son las texturas intergranulares (también conocidas como intercúmulos) que se desarrollan donde un mineral cristaliza más tarde que la matriz circundante, llenando así el espacio intersticial restante. Varios óxidos de cromo, hierro y titanio muestran dichas texturas, como la cromita intergranular en una matriz silícea. Los diagramas de fases determinados experimentalmente para mezclas simples proporcionan información sobre principios generales. ^{[ 16 ] [ 17 ]} Los cálculos numéricos con software especializado han logrado simular con mayor precisión los procesos naturales. ^{[ 18 ] [ 19 ]}

La cristalización fraccionada es importante en la formación de rocas evaporíticas sedimentarias. ^{[ 20 ]}

• Roca acumulativa : roca ígnea formada por la acumulación de cristales de un magma. 
• Bandas de flujo : bandas o capas que a veces se pueden observar en rocas formadas a partir de magma. 
• Cristalización fraccionada (química) : método para refinar sustancias basado en las diferencias de su solubilidad. 
• Diferenciación ígnea : proceso geológico en la formación de algunas rocas ígneas. 
• Intrusión estratificada : gran cuerpo de roca ígnea con forma de dique.