La cristalización fraccionada , o fraccionamiento de cristales , es uno de los procesos físicos y geoquímicos más importantes que operan dentro de 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 o simplemente la cristalización fraccionada es la eliminación de cristales formados tempranamente de un magma homogéneo original para evitar que los cristales reaccionen más con el fundido residual.
La cristalización fraccionada es la eliminación y segregación de precipitados minerales de un material fundido ; excepto en casos especiales, la eliminación de los cristales cambia la composición del magma. [2] En esencia, la cristalización fraccionada es la eliminación de cristales formados tempranamente de un magma originalmente homogéneo (por ejemplo, por sedimentación por gravedad) de modo que se evite que estos cristales sigan reaccionando con el material fundido residual. [3] La composición del material fundido restante se agota relativamente en algunos componentes y se enriquece en otros, lo que da como resultado la precipitación de una secuencia de minerales diferentes. [4]
La cristalización fraccionada en fundidos de silicato ( magmas ) es compleja en comparación con la cristalización en sistemas químicos a presión y composición constantes, porque los cambios en la presión y la composición pueden tener efectos dramáticos en la evolución del magma. La adición y pérdida de agua, dióxido de carbono y oxígeno se encuentran entre los cambios de composición que deben considerarse. [5] Por ejemplo, la presión parcial ( fugacidad ) del agua en fundidos de silicato puede ser de suma importancia, como en la cristalización casi sólida de magmas de composición de granito . [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 muchos ejemplos de las complejidades que controlan qué mineral se cristaliza primero a medida que la masa fundida se enfría más allá del líquido .
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 el olivino de forsterita o el piroxeno de 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 la 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 diferentes minerales. La presión determina el contenido máximo de agua de un magma de composición granítica. La cristalización fraccionada a alta temperatura de magmas de granito relativamente pobres en agua puede producir granito de un solo feldespato alcalino , y la cristalización a menor temperatura de magma relativamente rico en agua puede producir granito de dos feldespatos . [13]
Durante el proceso de cristalización fraccionada, los fundidos se enriquecen con 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, como se documentó a principios del siglo XX mediante 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 dondequiera que un mineral cristalice más tarde que la matriz circundante, llenando así el espacio intersticial sobrante. Varios óxidos de cromo, hierro y titanio muestran tales texturas, como la cromita intergranular en una matriz silícea. [ cita requerida ] Los diagramas de fases determinados experimentalmente para mezclas simples proporcionan información sobre los principios generales. [16] [17] Los cálculos numéricos con software especial se han vuelto cada vez más capaces de simular procesos naturales con precisión. [18] [19]
La cristalización fraccionada es importante en la formación de rocas evaporíticas sedimentarias. [20]