Diferenciación ígnea

Cuando una roca se funde para formar un líquido, este se conoce como fundido primario . Los fundidos primarios no han sufrido diferenciación y representan la composición inicial de un magma. En la naturaleza, los fundidos primarios son poco frecuentes. Algunos leucosomas de migmatitas son ejemplos de fundidos primarios. Los fundidos primarios derivados del manto son especialmente importantes y se conocen como fundidos primitivos o magmas primitivos . Al determinar la composición del magma primitivo de una serie magmática, es posible modelar la composición de la roca a partir de la cual se formó el fundido, lo cual es importante dado que contamos con escasa evidencia directa del manto terrestre.

Cuando resulta imposible determinar la composición del magma primitivo o primario, suele ser útil intentar identificar un magma parental. Un magma parental es aquel cuya composición se ha derivado, mediante procesos de diferenciación ígnea, del rango observado de composiciones químicas magmáticas. No es necesario que se trate de un magma primitivo.

Por ejemplo, se supone que una serie de flujos de lava basáltica están relacionados entre sí. Una composición a partir de la cual podrían formarse razonablemente mediante cristalización fraccionada se denomina fundido parental . Para demostrarlo, se elaborarían modelos de cristalización fraccionada para comprobar la hipótesis de que comparten un fundido parental común.

La cristalización fraccionada y la acumulación de cristales formados durante el proceso de diferenciación de un evento magmático se conocen como rocas acumuladas , y esas partes son las primeras en cristalizar a partir del magma. Identificar si una roca es acumulada o no es crucial para comprender si se puede reconstruir a partir de una fusión primaria o primitiva, y determinar si el magma ha depositado minerales acumulados es igualmente importante incluso para rocas que no contienen fenocristales .

La cristalización fraccionada es la separación y segregación de precipitados minerales de una masa fundida, lo que modifica su composición. Este es uno de los procesos geoquímicos y físicos más importantes que tienen lugar en la corteza y el manto terrestres .

La cristalización fraccionada en fundidos de silicatos (magmas) es un proceso muy complejo en comparación con los sistemas químicos de laboratorio, ya que se ve afectado por una amplia variedad de fenómenos. Entre ellos destacan la composición, la temperatura y la presión del magma durante su enfriamiento.

La composición de un magma es el factor principal que controla qué mineral cristaliza a medida que el fundido se enfría más allá del liquidus . Por ejemplo, en _los fundidos máficos y ultramáficos , el contenido de MgO y SiO₂ determina si se precipita olivino forsterita o piroxeno enstatita .

Dos magmas de composición y temperatura similares, sometidos a diferente presión, pueden cristalizar minerales distintos. Un ejemplo es la cristalización fraccionada de granitos a alta presión y alta temperatura, que produce granito monofeldespático , y la cristalización fraccionada a baja presión y baja temperatura, que produce granito bifeldespático.

La presión parcial de las fases volátiles en los fundidos de silicatos también es de suma importancia, especialmente en la cristalización cercana al sólidus de los granitos.

La asimilación puede definirse ampliamente como un proceso en el que una masa de magma se homogeneiza total o parcialmente con materiales derivados de la roca de caja del cuerpo magmático. ^{[ 1 ]} La asimilación es un mecanismo popular para explicar parcialmente la felsificación de magmas ultramáficos y máficos a medida que ascienden a través de la corteza: un fundido primitivo caliente que se introduce en una corteza félsica más fría fundirá la corteza y se mezclará con el fundido resultante. ^{[ 2 ]} Esto luego altera la composición del magma primitivo. Además, las rocas huésped máficas preexistentes pueden ser asimiladas por magmas primitivos muy calientes. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

Es de esperar que la asimilación tenga efectos sobre la química y la evolución de los cuerpos magmáticos, y estos se han demostrado claramente en muchos lugares. A principios del siglo XX, hubo un animado debate sobre la importancia relativa de este proceso en la diferenciación ígnea. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Sin embargo, investigaciones más recientes han demostrado que la asimilación desempeña un papel fundamental en la alteración de la composición isotópica y de elementos traza de los magmas, ^{[ 7 ]} en la formación de algunos yacimientos minerales de importancia económica, ^{[ 8 ]} y en la provocación de erupciones volcánicas. ^{[ 9 ]}

Cuando un magma se enfría a lo largo de la línea de descenso del líquido, los resultados se limitan a la producción de un cuerpo sólido homogéneo de roca intrusiva, con mineralogía y composición uniformes, o una masa acumulada parcialmente diferenciada con capas, zonas composicionales, etc. Este comportamiento es bastante predecible y fácil de comprobar mediante investigaciones geoquímicas. En tales casos, una cámara magmática formará una aproximación cercana a la serie de reacción de Bowen ideal . Sin embargo, la mayoría de los sistemas magmáticos son eventos polifásicos, con varios pulsos de magmatismo. En tal caso, la línea de descenso del líquido se interrumpe por la inyección de una nueva masa de magma caliente no diferenciado. Esto puede causar una cristalización fraccionada extrema debido a tres efectos principales:

• El calor adicional proporciona energía adicional para permitir una convección más vigorosa, permite la reabsorción de las fases minerales existentes de nuevo en el fundido y puede provocar que una forma de mayor temperatura de un mineral u otros minerales de mayor temperatura comiencen a precipitar.
• El magma fresco modifica la composición del fundido, alterando la química de las fases que se precipitan. Por ejemplo, la plagioclasa se ajusta a la línea de descenso del líquido formando anortita inicial que, al eliminarse, cambia la composición mineral de equilibrio a oligoclasa o albita . El reabastecimiento de magma puede revertir esta tendencia, de modo que se precipita más anortita sobre capas acumuladas de albita.
• El magma fresco desestabiliza los minerales que precipitan como series de solución sólida o en un eutéctico ; un cambio en la composición y la temperatura puede provocar una cristalización extremadamente rápida de ciertas fases minerales que están experimentando una fase de cristalización eutéctica.

La mezcla de magmas es el proceso por el cual dos magmas se encuentran, se combinan y forman un magma con una composición intermedia entre los dos magmas extremos.

La mezcla de magma es un proceso común en las cámaras magmáticas volcánicas, que son cámaras de sistema abierto donde los magmas entran en la cámara, ^{[ 10 ]} sufren algún tipo de asimilación, cristalización fraccionada y extracción parcial de fusión (a través de la erupción de lava) y se reponen.

La mezcla de magmas también tiende a ocurrir a niveles más profundos de la corteza y se considera uno de los mecanismos principales para la formación de rocas intermedias como la monzonita y la andesita . Aquí, debido a la transferencia de calor y al aumento del flujo de volátiles por la subducción , la corteza silícica se funde para formar un magma félsico (de composición esencialmente granítica). Estos fundidos graníticos se conocen como magma de la subplaca . Los fundidos primarios basálticos formados en el manto bajo la corteza ascienden y se mezclan con los magmas de la subplaca, dando como resultado una composición intermedia entre el basalto y la riolita ; literalmente, una composición "intermedia".

Todos los magmas ígneos contienen gases disueltos ( agua , ácido carbónico , sulfuro de hidrógeno , cloro, flúor, ácido bórico , etc.). De estos, el agua es el principal, y antiguamente se creía que se filtraba desde la superficie terrestre hacia las rocas calentadas subyacentes, pero ahora se acepta generalmente que forma parte integral del magma. Muchas peculiaridades de la estructura de las rocas plutónicas, en contraste con las lavas, pueden explicarse razonablemente por la acción de estos gases, que no pudieron escapar a medida que las masas profundas se enfriaban lentamente, mientras que fueron liberados rápidamente por las efusiones superficiales. Las rocas plutónicas ácidas o intrusivas nunca se han reproducido en experimentos de laboratorio, y los únicos intentos exitosos de obtener sus minerales artificialmente han sido aquellos en los que se tomaron medidas especiales para retener los gases "mineralizantes" en los crisoles o tubos sellados empleados. Estos gases a menudo no se incorporan a la composición de los minerales formadores de rocas, ya que la mayoría de estos están libres de agua, ácido carbónico, etc. Por lo tanto, a medida que avanza la cristalización, el fundido residual debe contener una proporción cada vez mayor de constituyentes volátiles. Es concebible que en las etapas finales la parte aún no cristalizada del magma se asemeje más a una solución de materia mineral en vapor sobrecalentado que a una fusión ígnea seca. El cuarzo , por ejemplo, es el último mineral en formarse en un granito. Presenta muchas características del cuarzo que sabemos que se ha depositado a partir de una solución acuosa en vetas , etc. Es, al mismo tiempo, el más infusible de todos los minerales comunes de las rocas. Su formación tardía muestra que, en este caso, surgió a temperaturas relativamente bajas y señala claramente la especial importancia de los gases del magma como determinantes de la secuencia de cristalización. ^{[ 6 ]}

Cuando la solidificación está casi completa, los gases ya no pueden retenerse en la roca y escapan a través de fisuras hacia la superficie. Son agentes poderosos que atacan los minerales de las rocas que atraviesan, y ejemplos de su acción se encuentran en la caolinización de granitos, la turmalinización y la formación de greisen , la deposición de vetas de cuarzo y el conjunto de cambios conocidos como propilitización. Estos procesos "neumatolíticos" son de suma importancia en la génesis de muchos yacimientos minerales . Son parte fundamental de la historia del magma y constituyen las fases terminales de la secuencia volcánica. ^{[ 6 ]}