La cristalización fraccionada , o fraccionamiento de cristales , es uno de los procesos geoquímicos y físicos 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 la masa fundida residual.
La cristalización fraccionada es la eliminación y segregación de una masa fundida de precipitados minerales ; 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, mediante sedimentación por gravedad) de modo que se evita que estos cristales reaccionen más con la masa fundida residual. [3] La composición de la masa fundida restante se agota relativamente en algunos componentes y se enriquece en otros, lo que resulta en la precipitación de una secuencia de diferentes minerales. [4]
La cristalización fraccionada en silicatos fundidos ( 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 silicatos fundidos puede ser de primordial importancia, como en la cristalización casi sólida de magmas de composición granítica . [6] [7] La secuencia de cristalización de minerales de óxido como la magnetita y el ulvospinel es sensible a la fugacidad del 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 cuando la masa fundida se enfría más allá del liquidus .
Un ejemplo se refiere a la cristalización de masas fundidas que forman rocas máficas y ultramáficas . Las concentraciones de MgO y SiO 2 en masa fundida se encuentran entre las variables que determinan si se precipita forsterita olivino o enstatita piroxeno , [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 la olivina. [12]
Los magmas graníticos proporcionan ejemplos adicionales de cómo los fundidos de composición y temperatura generalmente similares, pero a diferentes presiones, 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 graníticos relativamente pobres en agua puede producir granito de feldespato alcalino simple , y la cristalización a temperatura más baja de magma relativamente rico en agua puede producir granito de feldespato doble . [13]
Durante el proceso de cristalización fraccionada, las masas fundidas se enriquecen en elementos incompatibles . [14] Por lo tanto, el conocimiento de la secuencia de cristalización es fundamental para comprender cómo evolucionan las composiciones fundidas. Las texturas de las rocas proporcionan información, como lo documentó a principios del siglo XX la serie de reacciones de Bowen . [15] Un ejemplo de tal textura , relacionada con la cristalización fraccionada, son las texturas intergranulares (también conocidas como intercúmulos) que se desarrollan dondequiera que un mineral cristaliza más tarde que la matriz circundante, llenando así el espacio intersticial sobrante. Varios óxidos de cromo, hierro y titanio muestran texturas como la cromita intergranular en una matriz silícea. [ cita necesaria ] Los diagramas de fases determinados experimentalmente para mezclas simples proporcionan información sobre los principios generales. [16] [17] Los cálculos numéricos con software especial son 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]