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Petrología y Petrografía ígnea 2017 Geoquímica (1er capitulo) Elementos mayores: Son aquellos que se encuentran en concentraciones mayores al 1% en peso. Controlan el tipo y la abundancia de minerales fraccionados. Ejemplo, alto contenido en MgO  abundante cantidad de ferromagnesianos, abundante Ca...

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Petrología y Petrografía ígnea 2017

Geoquímica (1er capitulo) Elementos mayores: Son aquellos que se encuentran en concentraciones mayores al 1% en peso. Controlan el tipo y la abundancia de minerales fraccionados. Ejemplo, alto contenido en MgO  abundante cantidad de ferromagnesianos, abundante Ca  abundante plagioclasa. Elementos minoritarios: Concentraciones entre 0.1 – 1% en peso. Normalmente sustituyen un elemento mayoritario, ejemplo el Mn (sustituye Mg y/o al Fe en la estructura de los silicatos) Pueden también concentrarse en un mineral independiente. Ejemplo: el fósforo en apatito, titanio en esfeno, rutilo u óxidos de hierro. Elementos trazas: Concentraciones menores a 0.1% en peso. La concentración es demasiado baja para formar un mineral independiente. Sustituyen otros cationes de radio similar. Ejemplo el Sr en plagioclasa. Eu baja cantidad para formar otro mineral, pero sustituye  Eu2+ sustituye al Ca. Análisis químico de rocas menos a más diferenciadas Oxido

SiO2

Basalto

Andesita Andesita basáltica

Dacita

Rio-dacita

Riolita

50.2

54.3

60.1

64.9

66.2

71.5

TiO2

1.1

0.8

0.7

0.6

0.5

0.3

Al2O3

14.9

15.7

16.1

16.4

15.3

14.1

Fe2O3*

10.4

9.2

6.9

5.1

5.1

2.8

MgO

7.4

3.7

2.8

1.7

0.9

0.5

CaO

10.0

8.2

5.9

3.6

3.5

1.1

Na2O

2.6

3.2

3.8

3.6

3.9

3.4

K2O LOI

1.0

2.1

2.5

2.5

3.1

4.1

Total

1.9

2.0

1.8

1.6

1.2

1.4

99.5

99.2

100.6

100.0

99.7

99.2

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Petrología y Petrografía ígnea 2017 Diagrama de variaciones, Harker: Permite comparar diferente análisis ya sea en diferentes series o en una misma serie. -

Permite inferir que minerales se formaron durante la

cristalización fraccionada. Diagrama Si02 v/s peso % de los diferentes óxidos

 Fe disminuye al igual que Ca y Mg, aumenta Na y K y Al aumenta y luego disminuye.



A medida que se va diferenciando la roca disminuye el Ca, hay uno o varios minerales que van consumiendo Ca, por ejemplo: plagioclasa Ca. o bien cpx. (opx no tiene Ca)

A un momento dado hubo una importante disminución de Mg (por la curva) lo que implica que hubo un mineral que consumió Mg. (cristalización del olivino).

Fraccionamiento de apatito/ Cristalización ferromagnesianos / Cristalización rutilo-esfeno

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Principio de la palanca Permite calcular geométricamente la cantidad de líquido v/s solido y el sentido de evolución el magma % d = ef /df y % f = de/ df

Donde

d = composición del líquido

f = composición del sólido e = composición global  La cantidad de una fase es proporcional al largo del segmento opuesto de la composición global  Es decir, si la posición de la composición global se mueve, las proporciones de f y d se modifican. Es como la base de un columpio: si a un lado hay mucho peso, el otro extremo se debe alejar. Aplicación: diagrama de variación se puede inferir la cristalización de los minerales, pero es teórico. Si una cantidad de E es añadida (contaminante) o sustraída (cristalización fraccionada) de MP los híbridos resultantes graficarán a lo largo de una línea recta definida por las composiciones de E y MP. Las proporciones de los miembros finales están dadas por la regla de la palanca.

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Petrología y Petrografía ígnea 2017  Si se añade E a MP para dar A:

E puede ser: Un contaminante / Un magma que se mezcla con MP/ Cristales acumulados en el magma, para dar el cumulado A (roca rica en fenocristales).

 Si se extrae E de MP para dar MD:

Regla de la palanca: Elementos Mayores a.- Extracción de dos fases (M1 y M2) en proporción definida (20:80). b.- Primero extracción de M1 seguida por extracción de M1 y M2 (50:50). El cambio de pendiente indica aparición o desaparición de un elemento durante la cristalización fraccionada. c.- Extracción de tres fases en proporción definida. (Tres minerales cristalizan al mismo tiempomagma parental) d.- Soluciones sólidas entre MA y MB fraccionan sucesivamente produciendo una tendencia curva. Algo similar se observa si varían las proporciones de dos o tres fases fraccionando simultáneamente.

Nos permite ver la variación y el origen de la variación en un diagrama geoquímico, en los diagrama de variación que vimos, se puede inferir la cristalización de algunos minerales: si cristalizó olivino (disminución de Mg), cpx (disminución de Ca), plagioclasa, pero es algo teórico, podemos decir cristalizó tal mineral, pero para que ello tenga sentido se debe encontrar con un mineral en la moda (en un corte transparente se debe encontrar el mineral) Ejemplo en el cual los asteriscos representan el magma parental ¿Cómo se obtiene el magma parental de una lava? Magma parental representado por vidrio, se extrae magma y ese vidrio se analiza y tenemos el magma parental. Cristalización del olivino: tal cantidad de Ca, Al, Fe. Importante el número magnesiano ya que en rocas basálticas, la cristalización fraccionada simultanea de olivino piroxeno y oxido de fierro, esto trae consigo que SiO2 del magma permanece constante (más menos).

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Figura. Diagrama de variación usando MgO como abscisa para lavas asociadas a la erupción del volcán Kilauea en Hawái (1959). Murata y Richter, 1966 (as modified by Best, 1982)

Si se hace un diagrama de Harker para composiciones basálticas se pone SiO2 y todas la rocas van a caer con un SiO2 relativamente constante siendo que es el MgO va bajando, en tal caso, el SiO2 no es buen índice de diferenciación, entonces para estas composiciones basálticas el SiO2 no sirve y por la tanto se utiliza otro índice diferenciación, el MgO. En el diagrama: Composición olivino – Composición vidrio, se traza un recta entre ambas que es la fase extraída, si las rocas están expuestas a la derecha del vidrio, implica extracción de olivino y si están más cerca del olivino significa acumulación de olivino. Al observar el diagrama se concluye que y teniendo en cuenta todo lo conversado: las rocas provienen de la cristalización fraccionada del olivino, el magma cristalizó olivino y por eso evolucionó de ese modo. Diagramas de variación: Diagrama de Harker (SiO2 v/s óxidos) Se observa una disminución de Al, Fe, Ca, Mg, aumenta Na y K y Ti disminuye: si se toman muestras del volcán (distintos niveles, distintas capas) al plotearlos se observan resultados como estos y se puede ver el fraccionamiento de diferentes minerales. Disminución de Al2O3 fraccionamiento plagioclasa, disminución de Ca fraccionamiento de cpx y plagioclasas, disminución de PO5, apatito, etc.

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 El aluminio aumenta y luego disminuye, en este tramo, entre 50 y 55% de SiO2 no hay fraccionamiento de plagioclasa, al comenzar a fraccionar la plagioclasa disminuye Al2O3.  Ca siempre disminuye y generalmente en forma de una recta y K y Na siempre aumentan, se concentran en el magma y en el fin de la diferenciación ellos cristalizan.  Esto se ve en el K, ya que se va concentrando para poder cristalizar al final en el granito, en un gabro la cantidad de potasio es baja, el potasio se queda en el magma, el potasio ya cristalizado es mayor, se concentra en el magma, de tal manera que el granito hay una gran cantidad de K  Quiebre en el diagrama, cambios de pendientes implican la aparición o desaparición de un mineral: En el primero: Al v/s Si, hay un quiebre y ese quiebre se interpreta como la aparición de la plagioclasa que comienza a consumir aluminio. Porcentaje de TiO2 aumenta y luego disminuye, esto porque la magnetita apareció. Fosforo aumenta hasta que disminuye, hay un mineral que se están comiendo el fosforo, el apatito.

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Petrología y Petrografía ígnea 2017 En el caso del Mg: disminuye en primera parte por cristalización de olivino y cpx y la segunda parte (cambio de pendiente) comienza a cristalizar plag. Que tiene que ver esto con el cambio de pendiente: tiene que ver que en plagioclasa no hay magnesio por lo tanto si cristaliza plagioclasa, magnesio queda en el magma y su concentración disminuye, pero de manera más atenuada.  Efecto de la alteración, los diagramas son ideales, las rocas están frescas, pero a veces las rocas están alteradas, cuando están alteradas se debe hacer un trabajo de compresión de cómo se modifican los diagrama de Harker con la alteración.

Efecto de la alteración potásica. (Datos de la mina El Teniente)

El K2O debiera aumentar con el aumento del SIO2. Sin embargo presenta una variación casi vertical, de tal manera que las diabasas menos diferenciadas tienen más K2O. Esas rocas son las que tienen más volátiles. Ello es reflejo de la alteración potásica (biotita). Siempre están el efecto de la alteración potásica. Se debe tener cuidado entonces en el diagrama de Harker con las alteraciones. Índice de diferenciación de MgO: mientras más Mg hay las rocas son menos diferenciadas, disminuye el Ca, Al aumenta, cristaliza cpx. 7

Petrología y Petrografía ígnea 2017 Como índice de diferenciación tenemos Sio2, MgO* (n°magnesiano), MgO. En rocas básicas se utiliza este, se obtendrá más información.

Calculo de fraccionamiento de elementos mayores. Roca padre: magma

Roca hija: calculada

Sustrayendo minerales fraccionados. Esa roca hija calculada se compara con andesita para ver si son iguales, si son iguales esa andesita viene de la cristalización fraccionada del basalto y si no, proviene de otro sistema. ¿Cómo podemos hacer eso? Lo podemos hacer con un cálculo matemático y se basa en el balance de masas.

*Se puede hacer esto con todos los elementos mayores. Esto después se resuelve con un sistema de matrices y un software Continuación cálculo fraccionamiento de elementos mayores: demostración matemática de que la cristalización fraccionada es posible. (Por ejemplo: demuestra que tenemos un basalto y ese basalto pasó a una andesita) Por ejemplo, si estamos estudiando un volcán, un intrusivo, una serie intrusiva, un plutón zonado y si queremos demostrar que hubo cristalización fraccionada, mediante un sistema de ecuaciones en la cual la roca hija calculada es igual a la roca padre – la sílice consumida por los distintos minerales. Si tenemos en terreno a un basalto y una andesita, el basalto = magma parental, este le sustraemos algunos minerales fraccionados y nos da una andesita calculada y ella es comparamos con la real y la diferencia no va 8

Petrología y Petrografía ígnea 2017 a dar si es posible o no es posible este cálculo de fraccionamiento. Ejemplo concreto: una pómez bandeada, hay una dacita blanca y una andesita negra, la dacita blanca proviene de la cristalización fraccionada de un magma similar a la andesita. Se necesita la composición química de la andesita y la dacita, se necesita la composición de los minerales.

Se necesita la composición de los minerales en la microsonda. Hay un sistema de ecuaciones, para SiO2 el dato calculado es 63.52 y el dato calculado* es 63.45, la diferencia es a 0.09, ese se llama residuo,

El cuadrado del residuo debe ser menos a 0.1 para que este bueno el análisis. En este caso nos dice que es posible que la dacita provenga de la andesita por la cristalización fraccionada. La conclusión que magma parental andesita origina una dacita mediante la cristalización. Otro ejemplo: Se hace la suma de los residuos, se eleva al cuadrado. Son negativos porque son minerales que fraccionan.

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Olivinos aparece fraccionado en rocas menos diferenciadas a diferencias de la hornblenda que aparece fraccionando en rocas más diferenciadas.

Elementos trazas  Importantes en petrología  Inferiores a 0.1%  Importancia: ellos tienen una selectividad mayor a los elementos mayores  durante la cristalización de un mineral estos elementos seleccionan fuertemente a los elementos que participan durante la cristalización fraccionada. Ej: Ni va estar en el olivino, Sr en plagioclasa, Eu 2+ en plagioclasa, estos elementos se incorporan con mayor facilidad a cada mineral respectivamente, de tal manera que si veo una roca con una alta concentración de Ni, se infiere que en proceso de diferenciación de esas rocas el olivino juega un rol importante. Si hay harto Ni significa que ha habido un fraccionamiento importante de olivino. Los de interés petrogenético son el K, Rb, Ba, Sr, Cs, Pb, U, Hf, Zr, Y, Nb, Ta, Th, REE Existen también algunos elementos de transición que son de importancia petrogenética como en Ni, V, Cr y además unos elementos mayores y menores que son usados como trazas como el K, P, Ti.

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Coeficiente de partición  KD Si tenemos un líquido silicatado por una parte y por otra parte un mineral. Si hay equilibrio entre un mineral y un líquido silicatado, los elementos que están se distribuyen entre el sólido y el líquido. Para un elemento A cuya concentración es baja, es decir, menos de 1%, esta partición ( elemento se va para líquido o sólido). La partición se expresa con la ley de Henry KD = (A)s / (A)l KD se puede obtener por: experimentos sintéticos o bien por sistema naturales mediante el análisis de fenocristales y vidrio. Así se tiene que elementos con KD > 1

elementos se

incorpora fase sólida  compatible

Compatible

Incompatible.

Los Elementos Incompatibles se agrupan comúnmente en dos subgrupos: Elementos pequeños con alta densidad de carga High Field Strength Elements (HFS) TR, Th, U, Ce, Pb4+, Zr, Hf, Ti, Nb, Ta Son inertes o inmóviles, aunque sean afectados por metamorfismo o alteración. Comportamiento variable, generalmente incompatible a excepción en algunos minerales (Y en granate, Nb en hornblenda)  Normalmente inmóvil en fluidos e insensible a la alteración    

Elementos de gran radio iónico y baja densidad de carga  Large Ion Lithophile Elements (LIL)  K, Rb, Cs, Ba, Pb2+, Sr, Eu2+  Son incompatibles en relación al manto y por lo tanto se acumulan hacia la corteza. Son más móviles  si hay procesos de alteración son movilizados.  Incompatibles en relación a minerales del manto  Son átomos grandes con baja carga 11

Petrología y Petrografía ígnea 2017  Tienden a ser incompatibles o muy incompatibles. Algunas excepciones (Rb en Biotita, Sr en plagioclasa)  Típicamente son móviles en fluidos (y por tanto pueden ser movilizados durante la alteración) *Tierras raras pesadas incompatibles pero compatibles con granate, del mismo modo que Li compatible con granate y por otra parte tenemos que Sr compatible con plagioclasa. Diagrama de carga iónica v/s radio iónico

Alta densidad de carga  tierras raras

    

Olivino solo es compatible con Ni, con los otros son incompatibles Plagioclasa es compatible con Sr y EU2+. En el manto es incompatible Opx es compatible con Cr, +/- Ni Cpl es compatible con Cr, +/- Ni Granate es compatible con REE pesadas e incompatible con REE livianas

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Coeficientes de partición: implican que la cristalización de estos minerales accesorios implica una gran modificación de los contenidos en tierras raras. (Ce a Yb) En olivino, cpx y opx  K, Rb y Sr tienen casi el mismo valor de coeficiente de partición, esto significa que son altamente incompatibles, en rocas ultramáficas o basálticas no habrán estos elementos. Coeficientes de partición varían con la composición, por ejemplo: el granate, todas las tierras raras livianas son incompatibles a excepción del Yb que es altamente compatible y las tierras raras pesadas son compatibles. KD varía en función de la composición, composición básica a ácida varia el K D, caso granate por ejemplo del Yb (ver gráfico) Sustituciones especiales:  Ti por V: titanio esta en minerales como la titano-magnetita, si miramos que el vanadio disminuye, podemos decir que: que esta cristalizando titano-magnetita. Si tenemos un grafico V v/s SiO2, la recta disminuye.  Ca es reemplazado por Sr y Eu.  Ni-Co y Cr son altamente compatibles y se concentran en el olivino y cpx.  V y Ti, muestran un fuerte fraccionamiento en los óxidos de fierrotitanio  Zr y Hf son altamente incompatibles  Ba y Rb sustituyen al K en feldespato potásico, mica y hornblenda.

 Sr sustituye al Ca  REE en granate compatible con tierras raras pesadas  Y se comporta como tierra rara pesada  Si magma primario, derivado de la fusión parcial de una lherzolita, el Cr son 1000 ppm y él Ni 450 ppm. 13

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Los elementos trazas pueden colocarse en un diagrama SiO2, diagrama Harker: elementos trazas:  Zr aumenta lo que dice que es incompatible. Todos los que aumentan son incompatibles.  Cr disminuye por lo tanto es compatible, Sr disminuye reflejando que es compatible, Sr se va a plagioclasa al igual que aluminio y está claro que hay un fraccionamiento de plagioclasa.  Cr disminuye al igual que Mg

fraccionamiento de cpx.

Diagrama de Harker, Ni importa: SiO2 está en 50 y llega hasta 62, se observan dos cosas: Si hay un fraccionamiento de Olivino habrá una disminución casi exponencial, si miramos el Ni es exponencial al revés, esto se explica por: (en dibujo) las cruces no son normalmente lo que implica un fraccionamiento de olivino, la única posibilidad que hay es que un magma nuevo se mezcla con el anterior y generé una anomalía de Ni, ya que este aumenta en vez de disminuir, por lo tanto, aumenta por mezcla de magmas 14

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Diagramas de discriminación tectonomagmática Estos diagramas se basan en que al analizar algunos tipos de rocas específicas (basaltos, granitos) se observa que esas rocas presentan contenidos específicos para el ambiente en función de ambiente geotectónico. La cantidad de elementos trazas de basaltos varía según ambiente geotectónico  en un ambiente geotectónico hay menos o más del mismo elemento. Son útiles para reconocer paleo-ambientes, se está estudiando una zona, se tienen un basalto y no sabemos en qué ambiente se ha formado, estos diagramas se utilizan para tal caso. Los elementos que se utilizan son generalmente de alta densidad de carga porque son inmóviles, aunque haya alteración, metamorfismo de alto grado, tendrán las características propias de la roca original. Veremos algunos ejemplos: 

Diagrama Ti/100 – Zr – Yx3 En el diagram se observan distintos campos: WBP= basaltos de extraplaca. Toleiticas de arco de isla en amarillo. Los MORB Basaltos Calcoalcalinos (CAB) Se hace análisis químico y se plotea.

.



Diagrama TiO2 – MnO x 10 – P2O5 x 10 

Aparecen los basaltos calcoalcalinos, las toleitas de arco de islas, los MORB, toleitas de islas oceanicas y calcoalcalinas de islas oceánicas. 

D2Nb – Zr / 4 – Y Están los MORB, dos tipos de MORB, basaltos dorsales meso-oceánicos, arcos volcánico y de intraplaca. Y/Cr  Otro diagrama que muestra la zona de intraplaca: los basalto...