stringtranslate.com

Inclusión de material fundido

Inclusiones múltiples fundidas en un cristal de olivino. Las inclusiones individuales tienen forma ovalada o redonda y consisten en vidrio transparente, junto con una pequeña burbuja de vapor redonda y, en algunos casos, un pequeño cristal de espinela cuadrado . La flecha negra señala un buen ejemplo, pero hay varios más. La aparición de inclusiones múltiples dentro de un solo cristal es relativamente común.

Una inclusión de material fundido es una pequeña porción o "mancha" de material fundido que queda atrapada por cristales que crecen [1] en el magma y que finalmente forman rocas ígneas . En muchos aspectos, es análoga a una inclusión de fluido dentro de los sistemas hidrotermales magmáticos. [2] [3] Las inclusiones de material fundido tienden a ser de tamaño microscópico y se pueden analizar para determinar el contenido volátil que se utiliza para interpretar las presiones de atrapamiento del material fundido en profundidad.

Características

Las inclusiones de material fundido son generalmente pequeñas: la mayoría tienen menos de 80 micrómetros de diámetro (un micrómetro es una milésima de milímetro, o aproximadamente 0,00004 pulgadas). [4] Pueden contener varios componentes diferentes, incluido el vidrio (que representa el material fundido que se ha enfriado rápidamente), pequeños cristales y una burbuja separada rica en vapor. [5] Se encuentran en los cristales que se pueden encontrar en rocas ígneas, como por ejemplo cuarzo , feldespato , olivino , piroxeno , nefelina , magnetita , perovskita y apatita . [6] [7] [8] Las inclusiones de material fundido se pueden encontrar tanto en rocas volcánicas como plutónicas . Además, las inclusiones de material fundido pueden contener fases de material fundido inmiscibles (no miscibles) y su estudio es una forma excepcional de encontrar evidencia directa de la presencia de dos o más materiales fundidos en el atrapamiento. [5]

Análisis

Aunque son pequeñas, las inclusiones fundidas pueden proporcionar una gran cantidad de información útil. Mediante observaciones microscópicas y una variedad de técnicas de microanálisis químico, los geoquímicos y petrólogos ígneos pueden obtener una variedad de información única de las inclusiones fundidas. Existen varias técnicas utilizadas para analizar los contenidos de H2O y CO2 de las inclusiones fundidas , los elementos principales, secundarios y traza, incluyendo la microtransmitancia FTIR de doble cara, [9] la microrreflectancia FTIR de una sola cara, [10] la espectroscopia Raman , [11] la microtermometría, [12] la espectroscopia de masas de iones secundarios ( SIMS ), la espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente por ablación láser ( LA-ICPMS ), la microscopía electrónica de barrido ( SEM ) y el análisis de microsonda electrónica ( EMPA ). [13] Si hay una burbuja de vapor presente dentro de la inclusión fundida, se debe tener en cuenta el análisis de la burbuja de vapor al reconstruir el presupuesto volátil total de la inclusión fundida. [14]

Microtermometría

La microtermometría es el proceso de recalentar una inclusión fundida a su temperatura de fusión original y luego enfriarla rápidamente para formar una fase de vidrio homogénea libre de minerales secundarios o burbujas de vapor que pueden haber estado originalmente contenidos dentro de la inclusión fundida. [15]

Platina calefactora de alta temperatura montada en microscopio

El calentamiento por etapas es el proceso de calentar una inclusión fundida en una platina montada en un microscopio y hacer fluir gas helio (placa Vernadsky) [16] [17] o gas argón (Linkam TS1400XY) [18] sobre la platina y luego apagar rápidamente la inclusión fundida después de que haya alcanzado su temperatura de fusión original para formar una fase vítrea homogénea. El uso de una platina de calentamiento permite la observación de fases cambiantes de la inclusión fundida a medida que se recalienta a su temperatura de fusión original. [19]

Hornos verticales de una atmósfera

Este proceso permite recalentar una o más inclusiones fundidas en un horno mantenido a una presión constante de una atmósfera hasta sus temperaturas de fusión originales y luego enfriarlas rápidamente en agua para producir una fase de vidrio homogénea. [20]

Espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR)

FTIR es un método analítico que utiliza un láser infrarrojo enfocado en un punto de la fase vítrea de la inclusión fundida para determinar un coeficiente de absorción (o extinción) para H 2 O y CO 2 asociado con longitudes de onda para cada especie dependiendo de la litología original que contenía la inclusión fundida. [10] [21]

Espectroscopia Raman

La espectroscopia Raman es similar a la FTIR en el sentido de que utiliza un láser enfocado en la fase vítrea de la inclusión fundida [22] [23] o una burbuja de vapor [24] que puede estar contenida en la inclusión fundida para identificar longitudes de onda asociadas con las bandas vibratorias Raman de volátiles, como H 2 O y CO 2 . La espectroscopia Raman también se puede utilizar para determinar la densidad del CO 2 contenido en una burbuja de vapor si está presente en una concentración suficientemente alta dentro de una inclusión fundida. [11]

Espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS)

SIMS se utiliza para determinar concentraciones de elementos volátiles y traza apuntando un haz de iones ( 16 O − o 133 Cs + ) a la inclusión fundida para producir iones secundarios que se pueden medir con un espectrómetro de masas. [25]

Ablación láser-espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (LA-ICPMS)

LA - ICP-MS puede determinar elementos mayores y traza, sin embargo, con LA-ICPMS, la inclusión fundida y cualquier material que la acompañe se ionizan, destruyendo así la inclusión fundida, y luego se analizan con un espectrómetro de masas. [26] [27]

Microscopía electrónica de barrido (SEM)

La microscopía electrónica de barrido es una herramienta útil para emplear antes de cualquiera de los análisis anteriores que pueden resultar en la pérdida del material original, ya que se puede utilizar para verificar minerales hijos o burbujas de vapor y ayudar a determinar la mejor técnica que se debe elegir para el análisis de inclusión de fundido. [4]

Análisis por microsonda electrónica (EPMA)

El análisis con microsonda electrónica es omnipresente en el análisis de elementos mayores y menores en inclusiones fundidas y proporciona concentraciones de óxido utilizadas para determinar los tipos de magma parental de las inclusiones fundidas y los fenocristales hospedantes. [28]

Microtomografía de rayos X

Las inclusiones fundidas se han obtenido imágenes en tres dimensiones mediante microtomografía de rayos X. [29] Este método se puede utilizar para determinar las dimensiones de las diferentes fases presentes en las inclusiones fundidas con mayor precisión que mediante el uso de microscopía de luz visible.

Interpretación

Concentraciones volátiles

Las inclusiones de material fundido se pueden utilizar para determinar la composición, la evolución compositiva y los componentes volátiles [14] de los magmas que existieron en la historia de los sistemas de magma. Esto se debe a que las inclusiones de material fundido actúan como un pequeño recipiente de presión que aísla y preserva el material fundido ambiental que rodea al cristal antes de que sea modificado por procesos posteriores, como la cristalización posterior al atrapamiento. [4] Dado que las inclusiones de material fundido se forman a presiones (P) y temperaturas (T) variables, también pueden proporcionar información importante sobre las condiciones de atrapamiento (PT) en profundidad y sus contenidos volátiles (H 2 O, CO 2 , S, Cl y F) que impulsan las erupciones volcánicas. [21]

Burbujas de vapor

Inclusión de material fundido con burbuja de vapor acompañante de un cristal de olivino. Recolectada de cenizas relacionadas con la erupción de 1992 del volcán Cerro Negro , Nicaragua
Animación de una inclusión fundida vista con luz transmitida.

La presencia de una burbuja de vapor agrega un componente adicional para el análisis dado que la burbuja de vapor podría contener una proporción significativa de H 2 O y CO 2 originalmente en la masa fundida muestreada por la inclusión de masa fundida. [16] [30] Si la burbuja de vapor está compuesta principalmente de CO 2 , se puede utilizar la espectroscopia Raman para determinar la densidad del CO 2 presente. [31] [11]

Concentraciones de elementos mayores, menores y traza

Las concentraciones de elementos mayores y menores generalmente se determinan utilizando EPMA y las composiciones de elementos comunes incluyen Si, Ti, Al, Cr, Fe, Mn, Mg, Ca, Ni, Na, K, P, Cl, F y S. [32] El conocimiento de las concentraciones de óxido relacionadas con estos elementos mayores y menores puede ayudar a determinar la composición del magma parental, la inclusión de material fundido y los fenocristales hospedantes. [28]

Las concentraciones de oligoelementos se pueden medir mediante análisis SIMS con una resolución en algunos casos tan baja como 1 ppm. [33] Los análisis LA-ICPMS también se pueden utilizar para determinar las concentraciones de oligoelementos, sin embargo, una resolución menor en comparación con SIMS no permite la determinación de concentraciones tan bajas como 1 ppm. [5]

Historia

Henry Clifton Sorby , en 1858, fue el primero en documentar inclusiones microscópicas de material fundido en cristales. [34] El estudio de las inclusiones de material fundido ha sido impulsado más recientemente por el desarrollo de sofisticadas técnicas de análisis químico. Los científicos de la ex Unión Soviética lideraron el estudio de las inclusiones de material fundido en las décadas posteriores a la Segunda Guerra Mundial , [35] y desarrollaron métodos para calentar las inclusiones de material fundido bajo un microscopio, de modo que los cambios pudieran observarse directamente. AT Anderson exploró el análisis de inclusiones de material fundido de magmas basálticos del volcán Kilauea en Hawái para determinar las concentraciones volátiles iniciales de magma en profundidad. [36]

Véase también

Referencias

  1. ^ Roedder, Edwin (1979). "Origen y significado de las inclusiones magmáticas". Boletín de Minéralogie . 102 (5): 487–510. doi :10.3406/bulmi.1979.7299.
  2. ^ Roedder, Edwin (1984). "Inclusiones fluidas". Reseñas en mineralogía . 12 : 644.
  3. ^ Becker, SP; Bodnar, RJ; Reynolds, TJ (2019). "Variaciones temporales y espaciales en las características de inclusiones fluidas en sistemas magmático-hidrotermales epizonales: aplicaciones en la exploración de depósitos de pórfido de cobre". Journal of Geochemical Exploration . 204 : 240–255. Bibcode :2019JCExp.204..240B. doi : 10.1016/j.gexplo.2019.06.002 . S2CID  197560284.
  4. ^ abc Cannatelli, C.; Doherty, AL; Esposito, R.; Lima, A.; De Vivo, B. (2016). "Entendiendo un volcán a través de una gota: Un enfoque de inclusión de material fundido". Journal of Geochemical Exploration . 171 : 4–19. Bibcode :2016JCExp.171....4C. doi :10.1016/j.gexplo.2015.10.003.
  5. ^ abc Kent, AJR (2008). "Inclusiones de material fundido en rocas basálticas y volcánicas relacionadas". Reseñas en mineralogía y geoquímica . 69 (1): 273–331. Bibcode :2008RvMG...69..273K. doi :10.2138/rmg.2008.69.8. ISSN  1529-6466.
  6. ^ Abersteiner, Adam; Giuliani, Andrea; Kamenetsky, Vadim S.; Phillips, David (2017). "Restricciones petrográficas y de inclusión de fundido en la petrogénesis de un magmaclasto del cúmulo de kimberlitas de Venetia, Sudáfrica". Chemical Geology . 455 : 331–341. Bibcode :2017ChGeo.455..331A. doi :10.1016/j.chemgeo.2016.08.029.
  7. ^ Tollan, Peter; Ellis, Ben; Troch, Juliana; Neukampf, Julia (2019). "Evaluación de los equilibrios volátiles magmáticos mediante espectroscopia FTIR de inclusiones fundidas no expuestas y su cuarzo anfitrión: una nueva técnica y aplicación a la toba de Mesa Falls, Yellowstone". Contribuciones a la mineralogía y la petrología . 174 (3): 24. Bibcode :2019CoMP..174...24T. doi :10.1007/s00410-019-1561-y. ISSN  0010-7999. S2CID  135275136.
  8. ^ Chang, Jia; Audétat, Andreas (2020). "Análisis LA-ICP-MS de inclusiones fundidas cristalizadas en olivino, plagioclasa, apatita y piroxeno: estrategias de cuantificación y efectos de las modificaciones posteriores al atrapamiento". Revista de Petrología . 62 (4): egaa085. doi :10.1093/petrology/egaa085. ISSN  0022-3530.
  9. ^ Mironov, NL; Portnyagin, MV (2011). "H2O y CO2 en magmas parentales del volcán Kliuchevskoi inferidos a partir del estudio de inclusiones fluidas y de material fundido en olivino". Geología y geofísica rusas . Fundidos y fluidos en procesos naturales de formación de minerales y menas: estudios modernos de inclusiones fluidas y de material fundido en minerales. 52 (11): 1353–1367. Bibcode :2011RuGG...52.1353M. doi :10.1016/j.rgg.2011.10.007. ISSN  1068-7971.
  10. ^ ab King, PL; Larsen, JF (2013). "Un método de espectroscopia IR de microrreflectancia para analizar especies volátiles en vidrios basálticos, andesíticos, fonolíticos y riolíticos". Mineralogista estadounidense . 98 (7): 1162–1171. Código Bibliográfico :2013AmMin..98.1162K. doi :10.2138/am.2013.4277. ISSN  0003-004X. S2CID  97624286.
  11. ^ abc Moore, LR; Gazel, E.; Tuohy, R.; Lloyd, AS; Esposito, R.; Steele-MacInnis, M.; Hauri, EH; Wallace, PJ; Plank, T.; Bodnar, RJ (2015). "Las burbujas importan: una evaluación de la contribución de las burbujas de vapor a los presupuestos volátiles de inclusión de material fundido". Mineralogista estadounidense . 100 (4): 806–823. Código Bibliográfico :2015AmMin.100..806M. doi :10.2138/am-2015-5036. hdl : 10919/47784 . ISSN  0003-004X. S2CID  129734807.
  12. ^ Mironov, NL; Tobelko, DP; Smirnov, SZ; Portnyagin, MV; Krasheninnikov, SP (2020). "ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE CO2 EN LA FASE GASEOSA DE INCLUSIONES DE FUNDIDO USANDO ESPECTROSCOPÍA RAMAN: ESTUDIO DE CASO DE INCLUSIONES EN OLIVINO DEL VOLCÁN KARYMSKY (Kamchatka)". Geología y geofísica rusa . 61 (5): 600–610. Código Bibliográfico :2020RuGG...61..600M. doi :10.15372/RGG2019169. S2CID  234943508.
  13. ^ Hartley, Margaret E.; Bali, Enikö; Maclennan, John; Neave, David A.; Halldórsson, Sæmundur A. (2018). "Restricciones de inclusión de material fundido en la petrogénesis de la erupción de Holuhraun de 2014-2015, Islandia". Contribuciones a la mineralogía y la petrología . 173 (2): 10. Bibcode :2018CoMP..173...10H. doi :10.1007/s00410-017-1435-0. ISSN  0010-7999. PMC 6953965 . PMID  31983759. 
  14. ^ ab Wallace, PJ; Kamenetsky, VS; Cervantes, P. (2015). "Contenido de CO2 en inclusiones fundidas, presiones de cristalización de olivino y el problema de las burbujas de contracción". Mineralogista estadounidense . 100 (4): 787–794. Código Bibliográfico :2015AmMin.100..787W. doi :10.2138/am-2015-5029. ISSN  0003-004X. S2CID  98812121.
  15. ^ Danyushevsky, Leonid V; McNeill, Andrew W; Sobolev, Alexander V (2002). "Estudios experimentales y petrológicos de inclusiones de material fundido en fenocristales de magmas derivados del manto: una descripción general de las técnicas, ventajas y complicaciones" (PDF) . Chemical Geology . 183 (1–4): 5–24. Bibcode :2002ChGeo.183....5D. doi :10.1016/S0009-2541(01)00369-2.
  16. ^ ab Esposito, Rosario; Lamadrid, Hector M.; Redi, Daniele; Steele-MacInnis, Matthew; Bodnar, Robert J.; Manning, Craig E.; De Vivo, Benedetto; Cannatelli, Claudia; Lima, Annamaria (2016). "Detección de H 2 O líquido en burbujas de vapor en inclusiones de material fundido recalentado: ¿Implicancias para la composición del fluido magmático y los presupuestos volátiles de los magmas?". Mineralogista estadounidense . 101 (7): 1691–1695. Código Bibliográfico :2016AmMin.101.1691E. doi :10.2138/am-2016-5689. ISSN  0003-004X. S2CID  53508112.
  17. ^ Sobolev, AV; Dmitriev, LV; Baruskov, VL; Nevsorov, VN; Slutsky, AB (1980). "Las condiciones de formación de olivino con alto contenido de magnesio a partir de la fracción monomineral del regolito de Luna 24. Actas de la Conferencia de Ciencia Lunar del Apolo 11". Geochimica et Cosmochimica Acta . Suplemento I: 105–116.
  18. ^ MacDonald, AJ; Spooner, ETC (1981). "Calibración de una etapa de calentamiento-enfriamiento programable Linkam TH 600 para el examen microtermométrico de inclusiones fluidas". Economic Geology . 76 (5): 1248–1258. Bibcode :1981EcGeo..76.1248M. doi :10.2113/gsecongeo.76.5.1248.
  19. ^ Esposito, R.; Klebesz, R.; Bartoli, O.; Klyukin, Y.; Moncada, D.; Doherty, A.; Bodnar, R. (2012). "Aplicación de la etapa de calentamiento Linkam TS1400XY a estudios de inclusiones de fusión". Open Geosciences . 4 (2): 208–218. Bibcode :2012CEJG....4..208E. doi :10.2478/s13533-011-0054-y. hdl : 10919/93252 . S2CID  56151815.
  20. ^ Schiano, Pierre (2003). "Magmas primitivos del manto registrados como inclusiones de silicato fundido en minerales ígneos". Earth-Science Reviews . 63 (1–2): 121–144. Bibcode :2003ESRv...63..121S. doi :10.1016/S0012-8252(03)00034-5.
  21. ^ ab Metrich, N.; Wallace, PJ (2008). "Abundancias volátiles en magmas basálticos y sus rutas de desgasificación rastreadas por inclusiones de material fundido". Reseñas en mineralogía y geoquímica . 69 (1): 363–402. Bibcode :2008RvMG...69..363M. doi :10.2138/rmg.2008.69.10. ISSN  1529-6466.
  22. ^ Thomas, Rainer; Davidson, Paul (2012). "La aplicación de la espectroscopia Raman en el estudio de inclusiones fluidas y fundidas". Zeitschrift der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften . 163 (2): 113–126. doi :10.1127/1860-1804/2012/0163-0113. ISSN  1860-1804.
  23. ^ Severs, MJ; Azbej, T.; Thomas, JB; Mandeville, CW; Bodnar, RJ (2007). "Determinación experimental de la pérdida de H2O de inclusiones fundidas durante el calentamiento en el laboratorio: evidencia de la espectroscopia Raman". Chemical Geology . 237 (3–4): 358–371. Bibcode :2007ChGeo.237..358S. doi :10.1016/j.chemgeo.2006.07.008.
  24. ^ Behrens, Harald; Roux, Jacques; Neuville, Daniel R.; Siemann, Michael (2006). "Cuantificación de H2O disuelto en vidrios de silicato mediante espectroscopia confocal microRaman". Chemical Geology . 229 (1–3): 96–112. Bibcode :2006ChGeo.229...96B. doi :10.1016/j.chemgeo.2006.01.014.
  25. ^ Hauri, Erik (2002). "Análisis SIMS de volátiles en vidrios de silicato, 2: isótopos y abundancias en inclusiones de material fundido hawaiano". Geología química . 183 (1–4): 115–141. Código Bibliográfico :2002ChGeo.183..115H. doi :10.1016/S0009-2541(01)00374-6.
  26. ^ Pettke, Thomas; Halter, Werner E.; Webster, James D.; Aigner-Torres, Mario; Heinrich, Christoph A. (2004). "Cuantificación precisa de la química de inclusiones fundidas mediante LA-ICPMS: una comparación con EMP y SIMS y ventajas y posibles limitaciones de estos métodos". Lithos . 78 (4): 333–361. Bibcode :2004Litho..78..333P. doi :10.1016/j.lithos.2004.06.011. hdl : 20.500.11850/38173 .
  27. ^ Tucker, Jonathan M.; Hauri, Erik H.; Pietruszka, Aaron J.; Garcia, Michael O.; Marske, Jared P.; Trusdell, Frank A. (2019). "Un alto contenido de carbono del manto hawaiano a partir de inclusiones fundidas alojadas en olivino". Geochimica et Cosmochimica Acta . 254 : 156–172. Código Bibliográfico :2019GeCoA.254..156T. doi :10.1016/j.gca.2019.04.001. S2CID  134521030.
  28. ^ ab Venugopal, Swetha; Moune, Séverine; Williams-Jones, Glyn (2016). "Investigación de la conexión del subsuelo debajo del volcán Cerro Negro y el complejo El Hoyo, Nicaragua". Revista de vulcanología e investigación geotérmica . 325 : 211–224. Código Bibliográfico :2016JVGR..325..211V. doi :10.1016/j.jvolgeores.2016.06.001.
  29. ^ Ricardo, Antonin; Morlot, Christophe; Créon, Laura; Beaudoin, Nicolás; Balistky, Vladimir; Pentelei, Svetlana; Dyja-Persona, Vanessa; Giuliani, Gastón; Pignatelli, Isabel; Legros, Hélène; Sterpenich, Jérôme; Pironón, Jacques (2019). "Avances en imágenes 3D y reconstrucción volumétrica de inclusiones fluidas y fundidas mediante tomografía computarizada de rayos X de alta resolución". Geología Química . 508 : 3–14. Código Bib : 2019ChGeo.508....3R. doi : 10.1016/j.chemgeo.2018.06.012 .
  30. ^ Aster, Ellen M.; Wallace, Paul J.; Moore, Lowell R.; Watkins, James; Gazel, Esteban; Bodnar, Robert J. (2016). "Reconstrucción de concentraciones de CO2 en inclusiones de material fundido basáltico mediante análisis Raman de burbujas de vapor". Revista de vulcanología e investigación geotérmica . 323 : 148–162. Código Bibliográfico :2016JVGR..323..148A. doi :10.1016/j.jvolgeores.2016.04.028.
  31. ^ Steele-Macinnis, M.; Esposito, R.; Bodnar, RJ (2011). "Modelo termodinámico para el efecto de la cristalización posterior al atrapamiento en la sistemática de H2O-CO2 de inclusiones de silicato fundido saturado de vapor". Journal of Petrology . 52 (12): 2461–2482. doi : 10.1093/petrology/egr052 . ISSN  0022-3530.
  32. ^ Straub, Susanne M.; Layne, Graham D. (2003). "La sistemática del cloro, el flúor y el agua en las rocas volcánicas del frente del arco de Izu: implicaciones para el reciclaje de volátiles en zonas de subducción". Geochimica et Cosmochimica Acta . 67 (21): 4179–4203. Bibcode :2003GeCoA..67.4179S. doi :10.1016/S0016-7037(03)00307-7.
  33. ^ Audetat, A.; Lowenstern, JB; Turekian, HD; Holland, KK (2014). Tratado de geoquímica (segunda edición). Oxford: Elsevier. págs. 143–173. ISBN 978-0-08-098300-4.
  34. ^ Sorby, HC (1858). "Sobre las estructuras microscópicas de los cristales, que indican el origen de los minerales y las rocas". Revista trimestral de la Sociedad Geológica de Londres . 14 (1–2): 453–500. doi :10.1144/GSL.JGS.1858.014.01-02.44. hdl : 2027/hvd.32044103124566 . S2CID  : 128592719.
  35. ^ VS, Sobolev; Kostyuk, VP (1975). "Cristalización magmática basada en un estudio de inclusiones fundidas". Fluid Inclusion Research . 9 : 182–235.
  36. ^ Anderson, AT; Wright, TL (1972). "Fenocristales e inclusiones vítreas y su relación con la oxidación y mezcla de magmas basálticos, volcán Kilauea, Hawái". American Mineralogist . 57 : 188–216.

Lectura adicional

Enlaces externos