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Pegmatita

Pegmatita con cristales de corindón azul
Pegmatita que contiene lepidolita , turmalina y cuarzo de la mina White Elephant en Black Hills , Dakota del Sur
Enjambre de pegmatitas proterozoicas en la cabecera del circo de un pequeño glaciar de montaña , al noreste de la isla de Baffin , Nunavut

Una pegmatita es una roca ígnea que muestra una textura muy gruesa , con grandes cristales entrelazados, generalmente de un tamaño mayor a 1 cm (0,4 pulgadas) y, a veces, mayor a 1 metro (3 pies). La mayoría de las pegmatitas están compuestas de cuarzo , feldespato y mica , y tienen una composición silícica similar al granito . Sin embargo, se conocen pegmatitas máficas y de composición intermedia más raras .

Muchos de los cristales más grandes del mundo se encuentran dentro de las pegmatitas. Entre ellos se incluyen cristales de microclina , cuarzo , mica , espodumena , berilo y turmalina . Algunos cristales individuales miden más de 10 m (33 pies) de largo. [1]

Se cree que la mayoría de las pegmatitas se forman a partir de la última fracción fluida de un gran cuerpo de magma en proceso de cristalización. Este fluido residual está altamente enriquecido en volátiles y oligoelementos, y su viscosidad muy baja permite que los componentes migren rápidamente para unirse a un cristal existente en lugar de unirse para formar nuevos cristales. Esto permite que se formen unos pocos cristales muy grandes. Si bien la mayoría de las pegmatitas tienen una composición simple de minerales comunes en la roca ígnea ordinaria, algunas pegmatitas tienen una composición compleja, con numerosos minerales inusuales de elementos raros. Estas pegmatitas complejas se extraen para obtener litio , berilio , boro , flúor , estaño , tantalio , niobio , elementos de tierras raras , uranio y otros productos básicos valiosos.

Etimología

La palabra pegmatita deriva del griego homérico , πήγνυμι ( pēgnymi ), que significa «unir», en referencia a los cristales entrelazados de cuarzo y feldespato en la textura conocida como granito gráfico . [2] El término fue utilizado por primera vez por René Just Haüy en 1822 como sinónimo de granito gráfico . Wilhelm Karl Ritter von Haidinger utilizó por primera vez el término en su significado actual en 1845. [3]

Descripción general

Las pegmatitas son rocas ígneas de grano excepcionalmente grueso [3] compuestas de cristales entrelazados , con cristales individuales generalmente de más de 1 centímetro (0,4 pulgadas) de tamaño y, a veces, superiores a 1 metro (3 pies). [4] La mayoría de las pegmatitas tienen una composición similar al granito , de modo que sus minerales más comunes son el cuarzo , el feldespato y la mica . [4] [5] Sin embargo, se conocen otras composiciones de pegmatita, incluidas composiciones similares a la sienita nefelínica [5] o al gabro . [4] El término pegmatita es, por tanto, puramente una descripción textural . [6] [7] Los geólogos suelen anteponer el término con una descripción compositiva, de modo que la pegmatita granítica es una pegmatita con la composición del granito, mientras que la pegmatita sienita nefelínica es una pegmatita con la composición de la sienita nefelínica. [6] Sin embargo, el British Geological Survey (BGS) desaconseja este uso, prefiriendo términos como pegmatita de biotita-cuarzo-feldespato para una pegmatita con una composición granítica típica, dominada por feldespato con menos cuarzo y biotita. Según la terminología del BGS, una roca pegmatítica (por ejemplo, un gabro pegmatítico ) es una roca de grano grueso que contiene parches de roca de grano mucho más grueso de esencialmente la misma composición. [7]

Los cristales individuales en pegmatitas pueden ser enormes en tamaño. Es probable que los cristales más grandes jamás encontrados fueran cristales de feldespato en pegmatitas de Karelia con masas de miles de toneladas. Se han encontrado cristales de cuarzo con masas medidas en miles de libras [5] y micas de más de 10 metros (33 pies) de ancho y 4 metros (13 pies) de espesor. [8] Se han encontrado cristales de espodumena de más de 12 metros (40 pies) de largo en las Black Hills de Dakota del Sur , y cristales de berilo de 8,2 metros (27 pies) de largo y 1,8 metros (6 pies) de diámetro en Albany, Maine . [5] El cristal de berilo más grande jamás encontrado fue de Malakialina en Madagascar, con un peso de aproximadamente 380 toneladas, con una longitud de 18 m (59 pies) y un corte transversal de 3,5 m (11 pies). [9]

Los cuerpos de pegmatita suelen ser de menor tamaño en comparación con los cuerpos de rocas intrusivas típicas . El tamaño del cuerpo de pegmatita es del orden de magnitud de uno a unos pocos cientos de metros. En comparación con las rocas ígneas típicas, son más bien heterogéneos y pueden mostrar zonas con diferentes conjuntos minerales. El tamaño de los cristales y los conjuntos minerales suelen estar orientados en paralelo a la roca de la pared o incluso concéntricos en el caso de las lentes de pegmatita. [10]

Clasificación

Los esquemas de clasificación de pegmatitas modernos están fuertemente influenciados por la clasificación de zonas de profundidad de rocas graníticas publicada por Buddington (1959), y la clasificación de Ginsburg & Rodionov (1960) y Ginsburg et al. (1979) que categorizaban las pegmatitas según su profundidad de emplazamiento y su relación con el metamorfismo y los plutones graníticos. La revisión de Cerny (1991) de ese esquema de clasificación es ampliamente utilizada; la clasificación de pegmatitas de Cerny (1991), que es una combinación de profundidad de emplazamiento, grado metamórfico y contenido de elementos menores, ha proporcionado una importante perspectiva sobre el origen de los fundidos pegmatíticos y sus grados relativos de fraccionamiento. [11]

Según Cerny (1991), las pegmatitas graníticas se clasifican comúnmente en tres jerarquías (clase, familia, tipo y subtipo) según sus características mineralógicas y geoquímicas y la profundidad de emplazamiento. Las clases son abisales, moscovitas, de elementos raros y miarolíticas. La clase de elementos raros se subdivide según la composición en familias LCT y NYF: LCT para enriquecimiento de litio, cesio y tantalio y NYF para enriquecimiento de niobio, itrio y flúor. La mayoría de los autores clasifican las pegmatitas según los tipos y subtipos LCT y NYF. Otra contribución importante de la clasificación es el componente petrogenético de la clasificación, que muestra la asociación de las pegmatitas LCT con plutones principalmente orogénicos y las pegmatitas NYF con plutones principalmente anorogénicos. [12]

Últimamente, ha habido algunos intentos de crear una nueva clasificación de las pegmatitas que dependa menos de la mineralogía y que refleje más su entorno geológico. En este sentido, uno de los esfuerzos más notables en este sentido es la clasificación de pegmatitas de Wise (2022), que se centra principalmente en la fuente del magma a partir del cual cristaliza la pegmatita. [13]

Petrología

Moscovita rosa de la mina de pegmatita Harding
Cristales de apatita azul en la mina de pegmatita de Harding

Las pegmatitas se forman en condiciones en las que la tasa de nucleación de nuevos cristales es mucho más lenta que la tasa de crecimiento de los cristales . Se favorecen los cristales grandes. En las rocas ígneas normales, la textura gruesa es el resultado de un enfriamiento lento en las profundidades subterráneas. [14] No está claro si la pegmatita se forma por enfriamiento lento o rápido. [15] En algunos estudios, se ha registrado que los cristales en condiciones pegmatíticas crecen a una velocidad que varía de 1 m a 10 m por día. [16] Las pegmatitas son la última parte de un cuerpo de magma en cristalizar. Esta fracción fluida final está enriquecida con elementos volátiles y traza. [17] [3] El magma residual sufre una separación de fases en una fase fundida y una fase fluida hidratada saturada con sílice , álcalis y otros elementos. [8] [18] Dicha separación de fases requiere la formación a partir de un magma húmedo, lo suficientemente rico en agua como para saturarse antes de que más de dos tercios del magma se cristalicen. De lo contrario, la separación de la fase fluida es difícil de explicar. El granito requiere un contenido de agua del 4 % en peso a una presión de 0,5  GPa (72 500  psi ), pero solo del 1,5 % en peso a 0,1 GPa (14 500 psi) para que se produzca la separación de fases. [14]

Los volátiles (principalmente agua, boratos , fluoruros , cloruros y fosfatos ) se concentran en la fase hidratada, lo que reduce en gran medida su viscosidad. [5] La sílice en la fase hidratada está completamente despolimerizada y existe casi en su totalidad como ortosilicato , con todos los puentes de oxígeno entre los iones de silicio rotos. [19] La baja viscosidad promueve una rápida difusión a través del fluido, lo que permite el crecimiento de cristales grandes. [5]

Cuando este fluido hidratado se inyecta en la roca circundante , los minerales cristalizan desde el exterior hacia el interior para formar una pegmatita zonificada, [5] con diferentes minerales que predominan en zonas concéntricas. [19] Una secuencia típica de deposición comienza con microclina y cuarzo, con chorlo y granate menores . A esto le sigue la deposición de albita , lepidolita , turmalina gema , berilo, espodumena, ambligonita , topacio , apatita y fluorita , que pueden reemplazar parcialmente algunos de los minerales en la zona anterior. [5] El centro de la pegmatita puede tener cavidades revestidas de espectaculares cristales de piedras preciosas. [20]

Algunas pegmatitas presentan una zonificación más compleja. Se reconocen cinco zonas distintas en la pegmatita Harding en las montañas Picuris del norte de Nuevo México , EE. UU. Estas son: [21]

Los cristales grandes forman núcleos en los márgenes de las pegmatitas y se hacen más grandes a medida que crecen hacia el interior. Entre ellos se encuentran cristales cónicos de feldespato alcalino muy grandes. Es común encontrar aplitas , que pueden atravesar la pegmatita, pero también formar zonas o parches irregulares alrededor de material más grueso. Las aplitas suelen estar estratificadas y muestran evidencia de deformación. [19] Se pueden encontrar xenolitos en el cuerpo de la pegmatita, pero su contenido mineral original es reemplazado por cuarzo y feldespato alcalino, por lo que es difícil distinguirlos de la pegmatita circundante. La pegmatita también suele reemplazar parte de la roca circundante. [19]

Debido a que las pegmatitas probablemente cristalizan a partir de una fase dominada por fluidos, en lugar de una fase de fusión, se extienden a ambos lados del límite entre los depósitos minerales hidrotermales y las intrusiones ígneas . [7] Aunque existe un amplio acuerdo sobre los mecanismos básicos por los cuales se forman, los detalles de la formación de pegmatitas siguen siendo enigmáticos. [2] Las pegmatitas tienen características inconsistentes con otras intrusiones ígneas. No son porfíricas y no muestran un margen enfriado . Por el contrario, los cristales más grandes a menudo se encuentran en los márgenes del cuerpo de pegmatita. Si bien las aplitas a veces se encuentran en los márgenes, es igualmente probable que se encuentren dentro del cuerpo de la pegmatita. Los cristales nunca están alineados de una manera que indique flujo, sino que son perpendiculares a las paredes. Esto implica formación en un entorno estático. Algunas pegmatidades toman la forma de vainas aisladas, sin un conducto de alimentación obvio. [22] Como resultado, a veces se han sugerido orígenes metamórficos o metasomáticos para las pegmatitas. Una pegmatita metamórfica se formaría mediante la eliminación de volátiles de rocas metamórficas, particularmente gneis félsico , para liberar los componentes correctos y agua, a la temperatura adecuada. Una pegmatita metasomática se formaría por circulación hidrotermal de fluidos de alteración calientes sobre una masa rocosa, con un cambio químico y textural masivo. Actualmente, el metasomatismo no se considera un mecanismo para la formación de pegmatitas y es probable que tanto el metamorfismo como el magmatismo contribuyan a las condiciones necesarias para la génesis de las pegmatitas. [2]

Mineralogía

Granito pegmatítico con cristales rosados ​​de feldespato potásico, que rodea un enclave de grano fino lleno de acumulaciones , Rock Creek Canyon, Sierra Nevada oriental , California

La mayoría de las pegmatitas tienen una composición simple, a menudo compuestas enteramente de minerales comunes en el granito, como feldespato, mica y cuarzo. [3] El feldespato y el cuarzo a menudo muestran una textura gráfica . [5] En raras ocasiones, las pegmatitas están extremadamente enriquecidas en elementos incompatibles , como litio , cesio , berilio , estaño , niobio , circonio , uranio , torio , boro, fósforo y flúor. Estas pegmatitas complejas contienen minerales inusuales de estos elementos, como berilo, espodumena, [8] lepidolita, ambligonita, topacio, apatita, fluorita, turmalina, trifilita , columbita , monacita y molibdenita . Algunos de estos pueden ser minerales minerales importantes . [5] Algunas piedras preciosas , como la esmeralda , se encuentran casi exclusivamente en pegmatitas. [8]

Las pegmatitas de sienita nefelina suelen contener minerales de circonio, titanio y tierras raras . [5]

Las pegmatitas gabroicas suelen estar formadas por piroxeno y plagioclasa entrelazados de un grosor excepcionalmente grueso . [4]

Geoquímica

Turmalina elbaíta (verde oliva) y mica lepidolita (violeta), de una pegmatita enriquecida con litio en Brasil

Las pegmatitas están enriquecidas con elementos volátiles e incompatibles , lo que es coherente con su probable origen como fracción final de la masa fundida de un cuerpo de magma en proceso de cristalización. [5] Sin embargo, es difícil obtener una composición representativa de una pegmatita, debido al gran tamaño de los cristales minerales constituyentes. Por lo tanto, la pegmatita se caracteriza a menudo mediante el muestreo de los minerales individuales que la componen, y las comparaciones se realizan de acuerdo con la química mineral. Un error común es suponer que la zona de la pared es un margen enfriado cuya composición es representativa de la masa fundida original. [23]

Las pegmatitas derivadas de batolitos se pueden dividir en una familia de pegmatitas NYF, caracterizadas por un enriquecimiento progresivo en niobio , itrio y flúor, así como un enriquecimiento en berilio, elementos de tierras raras, escandio , titanio, circonio, torio y uranio; y una familia de pegmatitas LCT, caracterizadas por una acumulación progresiva de litio, cesio y tantalio, así como un enriquecimiento en rubidio , berilio, estaño, bario, fósforo y flúor. [24]

Las pegmatitas de NYF probablemente se fraccionaron a partir de granitos de tipo A a I que tenían un contenido relativamente bajo de aluminio (granitos subaluminosos a metaluminosos). Estos granitos se originaron a partir de rocas de corteza o manto empobrecidas. Las pegmatitas de LCT probablemente se formaron a partir de granitos de tipo S o posiblemente de tipo I, con un mayor contenido de aluminio (granitos peraluminosos). [24]

Se conocen pegmatitas intermedias (pegmatitas NYF + LCT) y pueden haberse formado por contaminación de un cuerpo de magma inicialmente NYF con roca supracrustral fundida y no agotada. [24]

Importancia económica

Diagramas de dispersión de la ley y el tonelaje de litio para depósitos seleccionados del mundo, a partir de 2017

Las pegmatitas a menudo contienen elementos raros y piedras preciosas . [25] Los ejemplos incluyen aguamarina , turmalina, topacio, fluorita, apatita y corindón , a menudo junto con estaño , tierras raras y minerales de tungsteno , entre otros. [17] [3] Las pegmatitas se han extraído tanto para cuarzo como para feldespato. [26] Para la extracción de cuarzo, las pegmatitas con masas centrales de cuarzo han sido de particular interés. [26]

Las pegmatitas son la fuente principal de litio, ya sea como espodumena, litiofilita o, por lo general, de lepidolita. [27] La ​​fuente principal de cesio es la polucita , un mineral de una pegmatita zonificada. [28] La mayoría del berilio del mundo proviene del berilo de calidad no gema dentro de la pegmatita. [29] El tantalio, el niobio y los elementos de tierras raras provienen de unas pocas pegmatitas en todo el mundo, como la pegmatita Greenbushes , [30] el cinturón de Kibara de Ruanda y la República Democrática del Congo , la mina Kenticha de Etiopía , la provincia de Alto Ligonha de Mozambique , [31] y la mina Mibra (Volta) de Minas Gerais , Brasil. [32]

Aparición

Se encuentran yacimientos notables de pegmatita en todo el mundo dentro de los cratones principales y dentro de los cinturones metamórficos de facies de esquisto verde . Sin embargo, las localidades de pegmatita solo se registran adecuadamente cuando se encuentra mineralización económica. [33]

Las pegmatitas se encuentran como diques , umbrales o vetas irregulares , y son más comunes en los márgenes de los batolitos (grandes masas de roca ígnea intrusiva). [3] La mayoría están estrechamente relacionadas espacial y genéticamente con grandes intrusiones. Pueden tomar la forma de vetas o diques en la intrusión misma, pero más comúnmente, se extienden hacia la roca circundante, [5] especialmente por encima de la intrusión. [19]

Algunas pegmatitas rodeadas de roca metamórfica no tienen una conexión obvia con una intrusión mayor. Las pegmatitas en rocas metamórficas de bajo grado tienden a estar dominadas por cuarzo y minerales carbonatados . Las pegmatitas en rocas metamórficas de mayor grado están dominadas por feldespato alcalino . [19]

Las pegmatitas gabroicas se presentan típicamente como lentes dentro de cuerpos de gabro o diabasa . [4] Las pegmatitas de sienita nefelínica son comunes en complejos ígneos alcalinos . [19]

Referencias

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Lectura adicional

Enlaces externos