La plagioclasa ( / ˈ p l æ dʒ ( i ) ə ˌ k l eɪ s , ˈ p l eɪ dʒ -, - ˌ k l eɪ z / PLAJ -(ee)-ə-klayss, PLAYJ -, -klayz ) [4] es una serie de minerales tectosilicatos (silicatos de estructura) dentro del grupo de los feldespatos . En lugar de referirse a un mineral en particular con una composición química específica, la plagioclasa es una serie de solución sólida continua , más propiamente conocida como la serie de feldespatos de plagioclasa . Esto fue demostrado por primera vez por el mineralogista alemán Johann Friedrich Christian Hessel (1796-1872) en 1826. La serie abarca desde miembros terminales de albita hasta anortita (con composiciones respectivas de NaAlSi 3 O 8 a CaAl 2 Si 2 O 8 ), donde los átomos de sodio y calcio pueden sustituirse entre sí en la estructura reticular cristalina del mineral . La plagioclasa en muestras manuales se identifica a menudo por su maclado de cristales polisintéticos o efecto de " surco de registro ".
La plagioclasa es un componente mineral importante de la corteza terrestre y, en consecuencia, es una herramienta de diagnóstico importante en petrología para identificar la composición, el origen y la evolución de las rocas ígneas . La plagioclasa también es un componente importante de las rocas en las tierras altas de la Luna . El análisis de los espectros de emisión térmica de la superficie de Marte sugiere que la plagioclasa es el mineral más abundante en la corteza de Marte. [5]
Su nombre proviene del griego antiguo πλάγιος ( plágios ) 'oblicuo' y κλάσις ( klásis ) 'fractura', en referencia a sus dos ángulos de clivaje .
La plagioclasa es el grupo mineral más común y abundante en la corteza terrestre . Forma parte de la familia de minerales del feldespato y es abundante en rocas ígneas y metamórficas , y también es común como mineral detrítico en rocas sedimentarias . [6] [7] No es un solo mineral , sino que es una solución sólida de dos miembros finales , albita o feldespato sódico ( NaAlSi3O8 ) y anortita o feldespato cálcico ( CaAl2Si2O8 ). Estos pueden estar presentes en la plagioclasa en cualquier proporción , desde anortita pura hasta albita pura. [8] Por tanto, la composición de la plagioclasa se puede escribir como Na1 − xCaxAl1 +xSi3 − xO8 , donde x varía de 0 para albita pura a 1 para anortita pura. Esta serie de solución sólida se conoce como la serie de la plagioclasa. [9] [10] La composición de una muestra particular de plagioclasa se expresa habitualmente como el % molar de anortita en la muestra. Por ejemplo, una plagioclasa que contiene 40 % molar de anortita se describiría como plagioclasa An40. [11]
La capacidad de la albita y la anortita para formar soluciones sólidas en cualquier proporción a temperatura elevada refleja la facilidad con la que el calcio y el aluminio pueden sustituir al sodio y al silicio en la estructura cristalina de la plagioclasa. Aunque un ion calcio tiene una carga de +2, frente a +1 para un ion sodio, los dos iones tienen casi el mismo radio efectivo. La diferencia de carga se compensa mediante la sustitución acoplada de aluminio (carga +3) por silicio (carga +4), los cuales pueden ocupar sitios tetraédricos (rodeados por cuatro iones de oxígeno). Esto contrasta con el potasio, que tiene la misma carga que el sodio, pero es un ion significativamente más grande. Como resultado de la diferencia de tamaño y carga entre el potasio y el calcio, existe una brecha de miscibilidad muy amplia entre la anortita y el feldespato potásico ( KAlSi3O8 ) , el tercer miembro final de feldespato formador de rocas común. El feldespato potásico forma una serie de solución sólida con la albita , debido a las cargas idénticas de los iones de sodio y potasio, que se conoce como la serie del feldespato alcalino . Por lo tanto, casi todo el feldespato que se encuentra en la Tierra es plagioclasa o feldespato alcalino, y las dos series se superponen en el caso de la albita pura. Cuando se describe una composición de plagioclasa por su mol% de anortita (como An40 en el ejemplo anterior), se supone que el resto es albita, con solo un componente menor de feldespato potásico. [12]
La plagioclasa de cualquier composición comparte muchas características físicas básicas, mientras que otras características varían suavemente con la composición. [9] La dureza de Mohs de todas las especies de plagioclasa es de 6 a 6,5, [12] y la clivaje es perfecto en [001] y bueno en [010], con los planos de clivaje encontrándose en un ángulo de 93 a 94 grados. [13] Es de este ángulo de clivaje ligeramente oblicuo que la plagioclasa obtiene su nombre, del griego antiguo plágios ( πλάγιος 'oblicuo') + klásis ( κλάσις 'fractura'). El nombre fue introducido por August Breithaupt en 1847. [10] También hay un clivaje pobre en [110] rara vez visto en muestras manuales. [13]
El brillo es vítreo a perlado y la diafanidad es transparente a translúcida. [8] La tenacidad es frágil y la fractura es desigual o concoidea, pero la fractura rara vez se observa debido a la fuerte tendencia del mineral a escindirse. [14] A baja temperatura, la estructura cristalina pertenece al sistema triclínico , grupo espacial P 1 [15] [16] Los cristales bien formados son raros y, por lo general, tienen una composición sódica. [17] Las muestras bien formadas son, en cambio, típicamente fragmentos de escisión. Los cristales bien formados suelen ser paralelos a láminas o tabulares a [010]. [8]
La plagioclasa suele ser de color blanco a blanco grisáceo, con una ligera tendencia a que las muestras más ricas en calcio sean más oscuras. [9] Las impurezas pueden teñir el mineral de un color verdoso, amarillento o rojo carne con poca frecuencia. [8] El hierro férrico (Fe 3+ ) da un color amarillo pálido al feldespato de plagioclasa del condado de Lake, Oregón . [18] La gravedad específica aumenta suavemente con el contenido de calcio, de 2,62 para la albita pura a 2,76 para la anortita pura, y esto puede proporcionar una estimación útil de la composición si se mide con precisión. [8] El índice de refracción también varía suavemente de 1,53 a 1,58 y, si se mide con cuidado, también proporciona una estimación útil de la composición. [13]
La plagioclasa muestra casi universalmente una macla polisintética característica que produce estrías de macla en [010]. Estas estrías permiten distinguir la plagioclasa del feldespato alcalino. La plagioclasa a menudo también muestra maclas de las leyes de Carlsbad, Baveno y Manebach. [8]
La composición de un feldespato plagioclasa se indica normalmente por su fracción total de anortita (%An) o albita (%Ab). Hay varios feldespatos plagioclasa con nombre que se encuentran entre la albita y la anortita en la serie. La siguiente tabla muestra sus composiciones en términos de porcentajes de anortita y albita constituyentes. [19] [20]
La distinción entre estos minerales no se puede hacer fácilmente en el campo . La composición se puede determinar de forma aproximada por gravedad específica, pero una medición precisa requiere pruebas químicas u ópticas. [8] La composición en un montaje de grano triturado se puede obtener mediante el método Tsuboi, que produce una medición precisa del índice de refracción mínimo que a su vez da una composición precisa. En una sección delgada , la composición se puede determinar mediante los métodos de Michel Lévy o Carlsbad-albita. El primero se basa en la medición precisa del índice de refracción mínimo, mientras que el segundo se basa en la medición del ángulo de extinción bajo un microscopio polarizador . El ángulo de extinción es una característica óptica y varía con la fracción de albita (%Ab). [21]
Los miembros intermedios del grupo de las plagioclasas son muy similares entre sí y normalmente no se pueden distinguir excepto por sus propiedades ópticas. La gravedad específica de cada miembro (albita 2,62) aumenta 0,02 por cada aumento del 10 % en la anortita (2,75).
La plagioclasa es el principal mineral que contiene aluminio en las rocas máficas formadas a baja presión. [33] Normalmente es el primer y más abundante feldespato que cristaliza a partir de un magma primitivo en enfriamiento . [34] La anortita tiene un punto de fusión mucho más alto que la albita y, como resultado, la plagioclasa rica en calcio es la primera en cristalizar. [28] La plagioclasa se enriquece más en sodio a medida que baja la temperatura, formando la serie de reacción continua de Bowen . Sin embargo, la composición con la que cristaliza la plagioclasa también depende de los otros componentes de la masa fundida, por lo que no es por sí misma un termómetro fiable. [35]
El liquidus de la plagioclasa (la temperatura a la que la plagioclasa comienza a cristalizar por primera vez) es de aproximadamente 1215 °C (2219 °F) para el basalto olivino , con una composición de 50,5 % en peso de sílice; 1255 °C (2291 °F) en andesita con un contenido de sílice de 60,7 % en peso; y 1275 °C (2327 °F) en dacita con un contenido de sílice de 69,9 % en peso. Estos valores son para magma seco. El liquidus se reduce en gran medida con la adición de agua, y mucho más para la plagioclasa que para los minerales máficos. El eutéctico (mezcla de fusión mínima) para una mezcla de anortita y diópsido cambia de 40 % en peso de anortita a 78 % en peso de anortita a medida que la presión de vapor de agua pasa de 1 bar a 10 kbar. La presencia de agua también modifica la composición de la plagioclasa en proceso de cristalización hacia la anortita. La temperatura eutéctica de esta mezcla húmeda desciende a unos 1010 °C (1850 °F). [36]
La plagioclasa cristalizante es siempre más rica en anortita que el material fundido del que cristaliza. Este efecto de la plagioclasa hace que el material fundido residual se enriquezca en sodio y silicio y se empobrezca en aluminio y calcio. Sin embargo, la cristalización simultánea de minerales máficos que no contienen aluminio puede compensar parcialmente la disminución del aluminio. [37] En la roca volcánica, la plagioclasa cristalizada incorpora la mayor parte del potasio del material fundido como oligoelemento. [34]
Los nuevos cristales de plagioclasa se nuclean con dificultad y la difusión es muy lenta dentro de los cristales sólidos. [35] Como resultado, a medida que un magma se enfría, la plagioclasa cada vez más rica en sodio suele cristalizarse en los bordes de los cristales de plagioclasa existentes, que conservan sus núcleos más ricos en calcio. Esto da como resultado una zonificación compositiva de la plagioclasa en rocas ígneas. [28] En casos raros, la plagioclasa muestra una zonificación inversa, con un borde más rico en calcio sobre un núcleo más rico en sodio. La plagioclasa también muestra a veces una zonificación oscilatoria, con zonas que fluctúan entre composiciones ricas en sodio y ricas en calcio, aunque esto suele superponerse a una tendencia de zonificación normal general. [16]
La plagioclasa es muy importante para la clasificación de rocas ígneas cristalinas. Generalmente, cuanto más sílice hay en la roca, menos minerales máficos hay y más rica en sodio es la plagioclasa. El feldespato alcalino aparece a medida que el contenido de sílice se vuelve alto. [28] Según la clasificación QAPF , la plagioclasa es uno de los tres minerales clave, junto con el cuarzo y el feldespato alcalino, que se utilizan para hacer la clasificación inicial del tipo de roca. Las rocas ígneas con bajo contenido de sílice se dividen además en rocas dioríticas que tienen plagioclasa rica en sodio (An<50) y rocas gabroicas que tienen plagioclasa rica en calcio (An>50). La anortosita es una roca intrusiva compuesta por al menos un 90% de plagioclasa. [38] [39] [40]
La albita es un miembro terminal de las series de los álcalis y de las plagioclasas. Sin embargo, está incluida en la fracción de feldespato alcalino de la roca en la clasificación QAPF. [40]
La plagioclasa también es común en rocas metamórficas. [41] [28] La plagioclasa tiende a ser albita en rocas metamórficas de grado bajo, mientras que la oligoclasa a andesina es más común en rocas metamórficas de grado medio a alto. La roca metacarbonatada a veces contiene anortita bastante pura. [42]
El feldespato constituye entre el 10 y el 20 por ciento de los granos estructurales en areniscas típicas . El feldespato alcalino suele ser más abundante que la plagioclasa en la arenisca porque los feldespatos alcalinos son más resistentes a la erosión química y más estables, pero la arenisca derivada de la roca volcánica contiene más plagioclasa. [43] La plagioclasa se meteoriza con relativa rapidez y se transforma en minerales arcillosos como la esmectita . [44]
Se cree que la discontinuidad de Mohorovičić , que define el límite entre la corteza terrestre y el manto superior , es la profundidad a la que el feldespato desaparece de la roca. [45] Si bien la plagioclasa es el mineral que contiene aluminio más importante en la corteza, se descompone a la alta presión del manto superior, y el aluminio tiende a incorporarse al clinopiroxeno como la molécula de Tschermak ( CaAl2SiO6 ) o en la jadeíta NaAlSi2O6 . A una presión aún mayor, el aluminio se incorpora al granate . [46]
A temperaturas muy altas, la plagioclasa forma una solución sólida con el feldespato potásico, pero ésta se vuelve muy inestable al enfriarse. La plagioclasa se separa del feldespato potásico, un proceso llamado exsolución . La roca resultante, en la que se encuentran finas vetas de plagioclasa ( láminas ) en el feldespato potásico, se llama pertita . [19]
La solución sólida entre la anortita y la albita permanece estable a temperaturas más bajas, pero finalmente se vuelve inestable a medida que la roca se acerca a las temperaturas superficiales ambientales. La exsolución resultante da como resultado intercrecimientos lamelares y de otro tipo muy finos, que normalmente solo se detectan mediante medios sofisticados. [8] Sin embargo, la exsolución en el rango de composición de andesina a labradorita a veces produce láminas con espesores comparables a la longitud de onda de la luz visible. Esto actúa como una rejilla de difracción , lo que hace que la labradorita muestre el hermoso juego de colores conocido como chatoyance . [29]
Además de su importancia para los geólogos en la clasificación de rocas ígneas, la plagioclasa se utiliza en la práctica como agregado para la construcción , como piedra dimensional y en forma de polvo como relleno en pinturas, plásticos y caucho. La plagioclasa rica en sodio se utiliza en la fabricación de vidrio y cerámica. [47]
La anortosita podría algún día ser importante como fuente de aluminio. [47]
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