En geología , diferenciación ígnea , o diferenciación magmática , es un término general para los diversos procesos mediante los cuales los magmas sufren cambios químicos masivos durante el proceso de fusión parcial , enfriamiento, emplazamiento o erupción . La secuencia de magmas (normalmente cada vez más silícicos) producida por diferenciación ígnea se conoce como serie de magma .
Cuando una roca se funde para formar un líquido, el líquido se conoce como fusión primaria . Las masas fundidas primarias no han sufrido ninguna diferenciación y representan la composición inicial de un magma. En la naturaleza, rara vez se observan derretimientos primarios. Algunos leucosomas de migmatitas son ejemplos de fusiones primarias. Los derretimientos primarios derivados del manto son especialmente importantes y se conocen como derretimientos primitivos o magmas primitivos . Al encontrar la composición del magma primitivo de una serie de magma, es posible modelar la composición de la roca a partir de la cual se formó el derretimiento, lo cual es importante porque tenemos poca evidencia directa del manto terrestre.
Cuando es imposible encontrar la composición del magma primitivo o primario, suele ser útil intentar identificar una fusión original. Una masa fundida parental es una composición de magma a partir de la cual se ha derivado la gama observada de químicas del magma mediante procesos de diferenciación ígnea. No tiene por qué ser una fusión primitiva.
Por ejemplo, se supone que una serie de flujos de lava basáltica están relacionados entre sí. Una composición a partir de la cual podrían producirse razonablemente mediante cristalización fraccionada se denomina masa fundida parental . Para probar esto, se producirían modelos de cristalización fraccionada para probar la hipótesis de que comparten una fusión parental común.
La cristalización fraccionada y la acumulación de cristales formados durante el proceso de diferenciación de un evento magmático se conocen como rocas acumuladas , y esas partes son las primeras que cristalizan fuera del magma. Identificar si una roca es un acumulado o no es crucial para comprender si se puede modelar como un derretimiento primario o un derretimiento primitivo, e identificar si el magma ha eliminado minerales acumulados es igualmente importante incluso para rocas que no contienen fenocristales .
La causa principal del cambio en la composición de un magma es el enfriamiento , que es una consecuencia inevitable de que el magma se forme y migre desde el sitio de fusión parcial a un área de menor tensión, generalmente un volumen más frío de la corteza.
El enfriamiento hace que el magma comience a cristalizar minerales de la porción líquida o fundida del magma. La mayoría de los magmas son una mezcla de roca líquida (fusión) y minerales cristalinos (fenocristales).
La contaminación es otra causa de la diferenciación del magma. La contaminación puede ser causada por la asimilación de las rocas de la pared, la mezcla de dos o más magmas o incluso por la reposición de la cámara de magma con magma fresco y caliente.
Toda la gama de mecanismos de diferenciación se ha denominado proceso FARM, que significa cristalización fraccionada, asimilación, reposición y mezcla de magma.
La cristalización fraccionada es la eliminación y segregación de precipitados minerales de una masa fundida, lo que cambia la composición de la masa fundida. Este es uno de los procesos geoquímicos y físicos más importantes que operan dentro de la corteza y el manto de la Tierra .
La cristalización fraccionada en silicatos fundidos (magmas) es un proceso muy complejo en comparación con los sistemas químicos en el laboratorio porque se ve afectado por una amplia variedad de fenómenos. Los principales son la composición, temperatura y presión de un magma durante su enfriamiento.
La composición de un magma es el control principal sobre el cual se cristaliza el mineral a medida que la masa fundida se enfría más allá del liquidus . Por ejemplo, en masas fundidas máficas y ultramáficas , los contenidos de MgO y SiO 2 determinan si se precipita forsterita olivino o si se precipita enstatita piroxeno .
Dos magmas de composición y temperatura similares a diferentes presiones pueden cristalizar minerales diferentes. Un ejemplo es la cristalización fraccionada de granitos a alta presión y alta temperatura para producir granito de un solo feldespato , y condiciones de baja presión y baja temperatura que producen granitos de dos feldespatos.
La presión parcial de las fases volátiles en las masas fundidas de silicato también es de suma importancia, especialmente en la cristalización casi sólida de granitos.
La asimilación se puede definir ampliamente como un proceso en el que una masa de magma se homogeneiza total o parcialmente con materiales derivados de la pared de roca del cuerpo de magma. [1] La asimilación es un mecanismo popular para explicar en parte la felsificación de los magmas ultramáficos y máficos a medida que ascienden a través de la corteza: un derretimiento primitivo caliente que se introduce en una corteza félsica más fría derretirá la corteza y se mezclará con el derretimiento resultante. [2] Esto altera la composición del magma primitivo. Además, las rocas hospedantes máficas preexistentes pueden ser asimiladas por magmas primitivos muy calientes. [3] [4]
Los efectos de la asimilación sobre la química y la evolución de los cuerpos de magma son de esperar y se han demostrado claramente en muchos lugares. A principios del siglo XX hubo un animado debate sobre la importancia relativa del proceso en la diferenciación ígnea. [5] [6] Investigaciones más recientes han demostrado, sin embargo, que la asimilación tiene un papel fundamental en la alteración de los oligoelementos y la composición isotópica de los magmas, [7] en la formación de algunos depósitos minerales económicamente importantes, [8] y en la causa volcánica. erupciones. [9]
Cuando una masa fundida se enfría a lo largo de la línea de descenso del líquido, los resultados se limitan a la producción de un cuerpo sólido homogéneo de roca intrusiva, con mineralogía y composición uniformes, o una masa acumulada parcialmente diferenciada con capas, zonas de composición, etc. Este comportamiento es bastante predecible y bastante fácil de probar con investigaciones geoquímicas. En tales casos, una cámara de magma formará una aproximación cercana a la serie de reacciones de Bowen ideal . Sin embargo, la mayoría de los sistemas magmáticos son eventos polifásicos, con varios pulsos de magmatismo. En tal caso, la línea de descenso del líquido se interrumpe mediante la inyección de un nuevo lote de magma caliente e indiferenciado. Esto puede provocar una cristalización fraccionada extrema debido a tres efectos principales:
La mezcla de magma es el proceso mediante el cual dos magmas se encuentran, se mezclan y forman un magma de una composición en algún lugar entre los dos magmas de los miembros finales.
La mezcla de magma es un proceso común en las cámaras de magma volcánicas, que son cámaras de sistema abierto donde los magmas ingresan a la cámara, [10] experimentan alguna forma de asimilación, cristalización fraccionada y extracción parcial de fusión (mediante erupción de lava) y se reponen.
La mezcla de magma también tiende a ocurrir en niveles más profundos de la corteza y se considera uno de los principales mecanismos para la formación de rocas intermedias como la monzonita y la andesita . Aquí, debido a la transferencia de calor y al aumento del flujo volátil debido a la subducción , la corteza silícica se funde para formar un magma félsico (esencialmente de composición granítica). Estos fundidos graníticos se conocen como placa inferior . Los fundidos primarios basálticos formados en el manto debajo de la corteza se elevan y se mezclan con los magmas de la placa inferior, quedando el resultado a medio camino entre el basalto y la riolita ; literalmente una composición "intermedia".
La convección en una gran cámara de magma está sujeta a la interacción de fuerzas generadas por la convección térmica y la resistencia ofrecida por la fricción, la viscosidad y el arrastre sobre el magma que ofrecen las paredes de la cámara de magma. A menudo, cerca de los márgenes de una cámara de magma que es convectiva, se forman capas más frías y viscosas concéntricamente de afuera hacia adentro, definidas por interrupciones en la viscosidad y la temperatura. Se forma así un flujo laminar , que separa varios dominios de la cámara magmática que pueden empezar a diferenciarse por separado.
Las bandas de flujo son el resultado de un proceso de cristalización fraccionada que se produce por convección, si los cristales que quedan atrapados en los márgenes de las bandas de flujo se eliminan de la masa fundida. La fricción y la viscosidad del magma hacen que los fenocristales y xenolitos dentro del magma o lava se desaceleren cerca de la interfaz y queden atrapados en una capa viscosa. Esto puede cambiar la composición de la masa fundida en grandes intrusiones , dando lugar a una diferenciación.
Con referencia a las definiciones anteriores, una cámara de magma tenderá a enfriarse y cristalizar minerales según la línea de descenso del líquido. Cuando esto ocurre, especialmente junto con la zonación y la acumulación de cristales, y se elimina la porción fundida, esto puede cambiar la composición de una cámara de magma. De hecho, esto es básicamente cristalización fraccionada, excepto que en este caso estamos observando una cámara de magma que es el remanente del cual se extrajo una fusión hija.
Si dicha cámara de magma continúa enfriándose, los minerales que forma y su composición general no coincidirán con una línea de descenso de líquido de muestra o una composición de magma original.
Vale la pena reiterar que las cámaras de magma no suelen ser entidades únicas estáticas. La cámara de magma típica se forma a partir de una serie de inyecciones de masa fundida y magma, y la mayoría también está sujeta a alguna forma de extracción parcial de la masa fundida.
Los magmas graníticos son generalmente mucho más viscosos que los magmas máficos y suelen tener una composición más homogénea. Generalmente se considera que esto es causado por la viscosidad del magma, que es órdenes de magnitud mayor que la de los magmas máficos. La mayor viscosidad significa que, cuando se funde, un magma granítico tenderá a moverse en una masa concertada más grande y se emplazará como una masa más grande porque es menos fluido y menos capaz de moverse. Esta es la razón por la que los granitos tienden a presentarse como grandes plutones y las rocas máficas como diques y umbrales .
Los granitos son más fríos y, por tanto, menos capaces de fundir y asimilar las rocas del país. Por lo tanto, la contaminación mayoritaria es menor e inusual, aunque no se desconoce la mezcla de fundidos graníticos y basálticos cuando se inyecta basalto en las cámaras de magma granítico.
Los magmas máficos son más propensos a fluir y, por lo tanto, es más probable que experimenten una reposición periódica de una cámara de magma. Debido a que son más fluidos, la precipitación de cristales ocurre mucho más rápidamente, lo que resulta en mayores cambios por cristalización fraccionada. Las temperaturas más altas también permiten que los magmas máficos asimilen más fácilmente las rocas de la pared y, por lo tanto, la contaminación es más común y está mejor desarrollada.
Todos los magmas ígneos contienen gases disueltos ( agua , ácido carbónico , sulfuro de hidrógeno , cloro, flúor, ácido bórico , etc.). De estos, el agua es la principal y antiguamente se creía que se había filtrado hacia abajo desde la superficie de la Tierra hasta las rocas calientes que se encuentran debajo, pero ahora se admite generalmente que es parte integral del magma. Muchas peculiaridades de la estructura de las rocas plutónicas, en contraste con las lavas, pueden explicarse razonablemente por la acción de estos gases, que no pudieron escapar cuando las masas profundas se enfriaron lentamente, mientras que las efusiones superficiales las abandonaron rápidamente. . Las rocas plutónicas ácidas o intrusivas nunca han sido reproducidas mediante experimentos de laboratorio, y los únicos intentos exitosos de obtener sus minerales artificialmente han sido aquellos en los que se tomaron medidas especiales para la retención de los gases "mineralizantes" en los crisoles o tubos sellados empleados. Estos gases a menudo no entran en la composición de los minerales que forman las rocas, ya que la mayoría de ellos están libres de agua, ácido carbónico, etc. Por lo tanto, a medida que avanza la cristalización, la masa fundida residual debe contener una proporción cada vez mayor de constituyentes volátiles. Es concebible que en las etapas finales la parte aún no cristalizada del magma se parezca más a una solución de materia mineral en vapor sobrecalentado que a una fusión ígnea seca. El cuarzo , por ejemplo, es el último mineral que se forma en un granito. Lleva gran parte del sello del cuarzo que sabemos que ha sido depositado en solución acuosa en vetas , etc. Es al mismo tiempo el más infusible de todos los minerales comunes de las rocas. Su formación tardía muestra que en este caso surgió a temperaturas comparativamente bajas y señala claramente la especial importancia de los gases del magma como determinantes del proceso de cristalización. [6]
Cuando la solidificación está casi completa, los gases ya no pueden ser retenidos en la roca y escapan a través de fisuras hacia la superficie. Son agentes poderosos para atacar los minerales de las rocas que atraviesan, y se encuentran ejemplos de su operación en la caolinización de granitos, turmalinización y formación de greisen , deposición de vetas de cuarzo y el grupo de cambios conocidos como propilitización. Estos procesos "neumatolíticos" son de primera importancia en la génesis de muchos depósitos minerales . Son una parte real de la historia del propio magma y constituyen las fases terminales de la secuencia volcánica. [6]
Existen varios métodos para medir y cuantificar directamente los procesos de diferenciación ígnea;
En todos los casos, el método principal y más valioso para identificar los procesos de diferenciación del magma es mapear las rocas expuestas, rastrear los cambios mineralógicos dentro de las rocas ígneas y describir las relaciones de campo y la evidencia textural de la diferenciación del magma. La termobarometría de clinopiroxeno se puede utilizar para determinar presiones y temperaturas de diferenciación del magma.
