Capítulo 7 Diagramas Ternarios

7/25/2019 Captulo 7 Diagramas Ternarios

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Captulo 7: Sistemas de tres componentes(ternarios)

Introduccin

Con el agregado de mayor nmero de componentes se incrementa ladifcultad para visualizar las variables del sistema. Idealmentedebera haber una dimensin para cada variable, pero estamoslimitados a grfcos en dos dimensiones. Para los sistemas de doscomponentes usamos diagramas isobricos ! ", los cuales sonsecciones isobricas de diagramas ! P # " tridimensionales. Cuandonos movemos con sistemas de tres componentes, elegimos diagramas ! P ! " tridimensionales o debemos e$plorar otros caminos para

poder simplifcarlos a dos dimensiones. %&u se analizarn tressistemas relativamente simples, &ue proporcionan una variedad desituaciones, para ilustrar los procesos 'sicos y las t(cnicasanalticas. )n los sistemas cuaternarios la comple*idad aumenta y esdifcultoso su e$presin en un plano.

Sistemas eutcticos ternarios

)ntre los sistemas de tres componentes veremos el sistema eut(cticodipsido +i-, anortita +%n- ver +ig. /#0-, al &ue se le agregara un

tercer componente 'orsterita +o ! 1g23i45-. Como el olivino seencuentra en muchos basaltos, el sistema i#%n#o se apro$ima almodelo de los magmas baslticos. 3abemos &ue hay solucin slidaen los sistemas baslticos naturales, por el intercambio e ! 1g, &uea&u no tendremos en cuenta. )l sistema i#%n#o es representadopor un tringulo, con cada componente en un v(rtice del mismo, al&ue se le agregan las temperaturas, &uedando el sistema integradopor tres eut(cticos binarios, uno sobre cada lado del tringulo +ig.0#6-. )stos sistemas eut(ctios binarios son7 i#%n, i#o y %n#o y nose considera el campo de la espinela. %simismo 'orma parte deltetraedro dipsido#'orsterita#albita#anortita.


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Figura 7-1. iagrama isobrico +8,6 1Pa- con las temperaturas delsistema ipsido#%nortita#orsterita +9o:en 6;6


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sistema se encuentra con el li&uidus de la o A li&uido y la ocomienza a cristalizar. %hora ' E 2 y F E 2. Como la temperatura estdescendiendo y la o contina cristalizando, el l&uido se deprime endicho componente. %s la composicin del l&uido cambia en ladireccin marcada por la >echa, &ue se e$presa uniendo el v(rtice de

la o, con el punto a, y hasta el punto b. )sto involucra una reaccincontinua del tipo7

=&uido 6 E o A =&uido2

Con el en'riamiento el nuevo l&uido 2 va incrementado suscontenidos en Ca y %l, por p(rdida de 1g23i45 &ue 'orman olivino.

% cual&uier temperatura, las cantidades relativas de l&uido y o,pueden ser calculadas usando la regla de =ever y los @ puntosalineados representan la composicin del l&uido.

Cuando el l&uido se en'ra hasta b +6@


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Cristali!acin "raccionada

Como no hay solucin slida el patrn de evolucin del l&uido en lacristalizacin 'raccionada es similar a la cristalizacin en e&uilibrio.=a remocin de 'ases tempranas, a'ecta la composicin fnal delbasalto cristalizado. 3i las 'ases tempranas son removidas por'raccionacin +asentamiento o >otacin-, los l&uidos se separarndesde los cristalizados en cual&uier punto de evolucin de la curval&uida, y la roca se 'ormar por cristalizacin en e&uilibrio desde unl&uido derivado, &ue evoluciona desde el punto de separacin, conuna nueva composicin global. =a roca fnal debe tener lacomposicin global del l&uido en el punto 1 +5@D plagioclasa,


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)l sistema orsterita#%nortita#3lice +o#%n#3i42- de la ig. 0#2, escombinacin del sistema eut(ctico binario i#%n +ig. /#@-, el sistemaperitectico binario o#3i42 y el sistema eut(ctico binario %n#3i42,&ue tiene un mnimo del li&uidus con el


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Fig 7-&. iagrama isobrico +a 8,6 1Pa- del sistema %nortita#orsterita#3lice, mostrando las curvas cot(ctica y perit(ctica +Irvine

6;0


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Folviendo a los derivados del 'undido inicial P, si separa en 3 elolivino 'ormado, se puede producir otra serie de mezclas 'undidas 3F&ue evolucionan 'ormando P$#%n.

Como es la reaccin peritctica, para la composicin original P &ue

tiene sufciente o para &ue no sea consumida por la reaccin con ell&uido remanente hasta el punto K en el &ue la %n#o#P$ y l&uidoproducen un punto invariante +F E @ ! 5 A 6 E 8-. )n este puntoinvariante la siguiente reaccin discontinua tiene lugar7

=&uido E o A P$ A %n

)ste sistema permanece a 6208?C hasta &ue el l&uido es consumidopor la reaccin y la asociacin fnal ser de o#P$#%n, en lasproporciones relativas &ue se determinan por la regla de =ever.

Cristali!acin "raccionada

3i algn mecanismo involucra la remocin de cristales de o, estocausa el cambio en la composicin global y la migracin de lacomposicin del l&uido 'uera del campo de la o. )ntonces no habro &ue participe de la reaccin perit(ctica y los l&uidos siguen lacurva J3F, produciendo directamente )n hacia las curvas cotecticasde P$#%n o P$#3i42, dependiendo del contenido de %n en el l&uido.

Sistemas ternarios con solucin slida)l sistema dipsido-anortita-al#itai#%b#%n- es un e*emplo desistema de tres componentes con solucin slida, aplicable a losbasaltos. )l sistema muestra completa miscibilidad entre doscomponentes +%b#%n-, mientras &ue el i es insoluble en cual&uierade ellos. )l sistema a presin atmos'(rica +8,6 1Pa- est ilustrado enla ig. 0#@, estos eut(cticos binarios tienen el mnimo en %b;6i; a66@@?C +3chairer y Moder 6;/8-. =a lnea cotectica desciende desdeel eut(ctico binario i#%n +6205?C-, re>e*ando la pendiente elli&uidus %b# %n, &ue no es cuantitativa y slo defne el contorno del

diagrama y cuando una solucin slida &ueda involucrada, senecesita determinar la composicin de la plagioclasa &ue est ene&uilibrio con un l&uido particular, para poder evaluar la evolucinde la cristalizacin del 'undido.

)l anlisis de la evolucin cot(ctica se inicia en el campo deldipsido. %l en'rar un 'undido de composicin a +6@88?C-, el icomienza a cristalizar como primera 'ase slida. Cuando coe$isten i

y l&uido, la F E 2 +FE#CA6- y i cristaliza desde el l&uido por lareaccin continua7

=&uido6 E i A =&uido2


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=a composicin del l&uido se mueve segn la trayectoriadeterminada por la lnea &ue se inicia en el v(rtice i y pasa por a,hasta alcanzar la cot(ctica en b a 62@8?C, en el &ue comienza acristalizar %n8, *untamente con el i. Cuando se usan lneascomplementarias, se determina en el diagrama la composicin de las

plagioclasas, considerando slo la &ue coe$iste con el i y el l&uidocot(ctico.

%hora con la cristalizacin continua de i y Pl, la composicin dell&uido se mueve hacia c sobre la curva cotectica y la composicin dela Pl se desplaza haci(ndose ms albtica. Con E @, C E @ y F E 6,por la reaccin contina7

=&uido6 A Plagioclasa 6 G =&uido 2 A i A Plagioclasa2

Como hay solucin slida, el l&uido no alcanza el mnimo cot(ctico yla cristalizacin termina, cuando la cristalizacin agota el l&uido,como en el sistema de las plagioclasas. Cuando el l&uido alcanza elpunto c +6288?C-, la composicin de la plagioclasa es de %n


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Fig 7-'. iagrama isobrico +8,6 1Pa- ipsido#%lbita#%nortita,ilustrando la temperatura del li&uidus +1orse 6;;5-.

=a composicin del l&uido evoluciona segn el slido &ue se va'ormando, pero la plagioclasa tambi(n se desplaza hacia la albita conel en'riamiento y crea un patrn curvo, &ue es ilustrado en la ig. 0#@, donde varias lneas conectan las composiciones del l&uido con lascorrespondientes plagioclasas &ue coe$isten, todas las cuales pasana trav(s del punto d. )l l&uido alcanza el punto e, a 6228?C, conplagioclasa %n0< sobre la lnea cotectica. )n este punto, comienzan acristalizar *untamente i#Plag como 'ases cristalinas. ado &ue larelacin de la plagioclasa y el l&uido es isobricamente univariante,en un sistema isobrico de @ componentes, solo una composicin de

plagioclasa puede coe$istir con l&uido y dipsido, a una temperaturadada. =a cristalizacin contina hasta &ue la composicin de laplagioclasa alcanza el punto c en &ue se agota el l&uido &uecorresponde a la composicin original de la plagioclasa.

Como ya se vio la "usin en equili#rioes lo opuesto a lacristalizacin en e&uilibrio.

)n lacristali!acin "raccionada, como involucra a una solucinslida, a'ecta a la composicin del l&uido fnal &ue cristaliza ypermitira continuar la cristalizacin a temperaturas ms ba*as,'ormado plagioclasa ms albtica.


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=a"usin parcial, crea 'undidos &ue diferen de la composicinoriginal del sistema ya &ue va e$trayendo l&uidos de menor punto de'usin, a lo largo de la evolucin de la curva.

Sistemas con ms de tres componentes

)n los sistemas con ms de tres componentes es difcultoso mostrargrfcamente todos los detalles de evolucin de los l&uidos en unasuperfcie plana. )n un sistema de cuatro componentes +cuaternario-es posible representar los cuatro componentes por los v(rtices de untetraedro. Cada cara del tetraedro corresponde a un sistema ternario

y los lmites son proyectados desde las caras, al interior del tetraedro&ue representan los lmites cuaternarios. 1ientras los diagramastriangulares son divididos en reas en las &ue los mineralesindividuales son las 'ases primarias +las primeras &ue cristalizan

desde el l&uido-, el tetraedro cuaternario es dividido en 'asesprimarias representadas por volmenes.

=a ig. 0#5 muestra el diagrama correspondiente al sistema albita#anortita#dipsido'orsterita. =a importancia de este diagrama, estdada por&ue las 'ases cristalinas de este sistema son las &uecorresponden a gabros y basaltos. )l tetraedro est dividido en

volmenes &ue representan las 'ases l&uidas de los minerales7plagioclasa, dipsido, 'orsterita y espinela. =a presencia de espinela,muestra &ue este es un sistema pseudo#cuaternario, en el &ue lacomposicin de la espinela no est dentro del tetraedro, mientras

&ue la mayora de los l&uidos del sistema deberan inicialmente caerdentro del volumen de 'ase de la plagioclasa, dipsido o 'orsterita yla cristalizacin del mineral correspondiente debera migrar desdeuna de las tres superfcies de 'ase +dos minerales en e&uilibrio con ell&uido- y dos minerales deberan cristalizar *untamente hasta &ue ell&uido alcance la curva de las cuatro 'ases +tres minerales ene&uilibrio con el l&uido-. =a curva es mostrada en el diagrama con eldescenso desde 6208?C a 66@


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Fig 7-. 3istema pseudo#cuaternario %lbita#anortita#dipsido#

'orsterita +Moder y illey 6;/2-.

)n un tetraedro las tendencias internas son di'ciles de dibu*ar y enla prctica se hace necesario proyectar los detalles sobre carasparticulares, o mostrar cortes del tetraedro. n corte triangularpuede verse como un diagrama ternario ordinario, pero el mismocontendr componentes cuaternarios, cuya composicin no cae sobreel plano de la seccin y es as una seccin pseudo#ternaria. na delas cuatro 'ases de la lnea univariante en un sistema cuaternario,corresponde a tres slidos en e&uilibrio con un l&uido y puede tenerla apariencia de un punto invariante ternario, cuando es intersectado

por una unin pseudo#ternaria, tal como la interseccin llamadaOpunto de per'oracin.

Series de *eaccin

)n los anlisis de los sistemas e$perimentales se observan distintasrelaciones entre l&uidos y cristales ya 'ormados. =a importancia detales relaciones de reaccin, 'ueron claramente reconocidas por9o:en +6;22-. )l consider &ue la cristalizacin de los magmas escontrolada por lo &ue denomin principio de reaccin, distinguiendo

dos tipos bsicos de reaccin, &ue pueden ocurrir ba*o condiciones


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de e&uilibrio, entre los 'undidos y los minerales &ue se 'orman apartir de dichos 'undidos.

)l primer tipo, denominado serie de reaccin continua, involucrareacciones continuas del tipo7

1ineral+composicin %-A undido+composicin $-E 1ineral+composicin 9-Aundido+composicin y-

o

undido+composicin $-E 1ineral A undido+composicin y-

Cual&uiera de estas reacciones puede involucrar a mas de unmineral cuando C G 2. )*emplos de este tipo son reacciones desolucin slida, en las &ue la composicin del 'undido, o del mineral,o de ambas, varan con la temperatura. )n tales reacciones laplagioclasa &ue coe$iste con un 'undido se vuelve ms sdicaB y losolivinos y piro$enas, &ue coe$isten con 'undidos, se vuelven msricos en hierro. ales reacciones son continuas, en el sentido &ue lacomposicin de algunas 'ases, si el e&uilibrio se mantiene, se a*ustancontinuamente sobre un amplio intervalo de temperaturas delmineral.

)l segundo tipo serie de reaccin discontinua, tales como7

undido E 1ineral 6 A 1ineral 2

4 reacciones perit(cticas

1ineral 6 A undido E 1ineral 2


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Fig 7-+. 3erie de reaccin de 9o:en.

)*emplos de tales reacciones son por e*emplo, o A =&uido E )n, oel sistema o#i# 3i42, en el &ue, la piro$ena pobre en Ca reaccionacon el l&uido para 'ormar clinopiro$eno rico en Ca. ales tipos dereacciones son comunes en la cristalizacin de magmas y ms de una

reaccin o serie de reacciones, pueden ocurrir simultneamente osecuencialmente, en 'undidos con multicomponentes, como es laO3erie de reaccin de 9o:en.

,"ectos de la presin so#re elcomportamiento de los "undidos

)l cambio de entropa y el cambio de volumen asociado con la 'usinde casi cual&uier slido, tiene signo positivo y la pendiente de lacurva de 'usin es positiva, signifcando &ue el punto de 'usin seincrementa con la presin +P-.


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Fig 7-. %. iagrama es&uemtico ilustrando la elevacin de latemperatura de 'usin, causada por el incremento de temperatura. 97

)'ecto de la presin litosttica sobre el l&uido y la composicineut(ctica en el sistema ipsido# %nortita +Presnall et al. 6;0-.

=a +ig. 0#/% - ilustra es&uemticamente el incremento de latemperatura de 'usin, desde 6 a 2, &ue corresponde al aumentode P desde P6 a P2. )l incremento depender de la pendiente de la

curva de e&uilibrio en un diagrama P#, &ue depende de los valoresrelativos Qs y Qv, de la reaccin e$presada por la ecuacin deClapeyron.

)l incremento de la presin litosttica aumenta el punto de 'usin dela mayora de las 'ases de slidos +e$cepto el hielo- y de los l&uidosen general. Por e*emplo, el aumento desde 6 atms'era a 6 Rpa+apro$. @< Sm-, aumenta el P' del basalto en apro$. 688? C. =amagnitud del e'ecto de aumento de P no a'ecta a todos los mineralespor igual, por lo &ue la elevacin del P', es di'erente para cadamineral. 3i la superfcie del l&uido en el diagrama #", aumenta

di'erencialmente, el aumento de P cambia la posicin del eut(ctico+ig. 0#/9-. )l incremento de la P puede tambi(n causar inestabilidaden algunas 'ases minerales y ser reemplazadas por otras. Pore*emplo, los 'eldespatos se vuelven inestables a alta P y sondestruidos con 'ormacin de piro$eno %l#La yNo granates con %l#Ca+como e*emplo las piro$enas de alta presin son ms aluminosas &uelas de ba*a presin-.

,"ectos de los .uidos con el

comportamiento de los "undidos


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)l volumen de voltiles en solucin &ue son liberados a una 'ase librede vapor, marca la solubilidad de las especies voltiles en los'undidos &ue son susceptibles a las variaciones de presin. )lincremento de la presin puede e'ectivamente 'orzar a los voltiles adisolverse en los 'undidos silicticos. % ba*as presiones es donde el

volumen de gas liberado es mayor.

=os 'undidos saturados en >uidos son los &ue contienen las mayorescantidades de especies voltiles disueltas ba*o condiciones de P##".Cual&uier voltil presente en e$ceso a una determinada cantidad sesepara, coe$istiendo como 'ase >uida. )l t(rmino presin de >uidos+P'- se usa para describir los e'ectos combinados de presin ycontenido de >uidos en un sistema. n sistema 'undido a una presinespecfca puede variar desde saturado en >uido +P' E Ptotal- a >uidolibre +P' E 8, llamado Oseco-, dependiendo de la cantidad de >uidosdisponibles. P' raramente e$cede a Ptotal, por&ue el resultado serala e$pulsin del e$ceso de voltiles por medio de una e$plosin.

%lternativamente se pueden colectar y analizar gases volcnicos &ueestn escapando, en zonas con volcanismo activo. e estos estudiosse aprende &ue los gases componentes de los magmas sonpredominantemente del sistema C#4#T#3, siendo T24 y C42dominantes, con cantidades menores de C4, 42, T2, 3, 342, y T23.3e encuentran asimismo cantidades menores de7 L, 9, Cl y .

Cuando se coleccionan muestras de roca, el contenido de >uidos, su

mayora se ha perdido y ocasionalmente se observan inclusiones>uidas &ue son muy pe&ueHas y &ue pueden 'ormarse tambi(n enestadios post#magmticos +ig. 0#0-.


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Fig 7-7. istintos tipos de Inclusiones >uidas. %7 Cristal negativorelleno por una sola 'ase gaseosa. 97 os 'ases, gas y l&uido. C7 res

'ases, agua y vapor, adems de C42. C7 res e*emplos de cristalesnegativos conteniendo adems de 'ases de l&uido y vapor,

desarrollan cristales de LaCl. )7 Inclusin en apatita de carbonatita,con cristales de LaCl y UCl, una 'ase de sul'ato y una 'ase de gas. y

R7 inclusiones >uidas tpicas en cristales de cuarzo, con 'ormasredondeadas o de cristales negativos, &ue contienen una 'ase l&uiday otra gaseosa. T7 Inclusin en cuarzo conteniendo metano con una

solucin salina.

Inclusiones Fluidas

)n general los procesos magmticos tienen lugar en presencia deuna o ms 'ases >uidas. =a presencia ms obvia de la presencia de>uidos en los 'undidos silicticos se observa en las erupciones

volcnicas. 1ientras &ue las evidencias de tal presencia en las rocasplutnicas es menos evidente, ya &ue solo es posible su identifcacinen las pe&ueHas inclusiones entrampadas de los voltiles. ebetenerse cuidado en identifcar si tales inclusiones son primarias

+'ormadas durante la cristalizacin del mineral &ue las contiene- osecundarias +si se han 'ormado por procesos posteriores como


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de'ormacin o metamorfsmo-. %simismo, las inclusiones primarias,pueden haber su'rido p(rdidas durante procesos posteriores a su'ormacin.

=a presencia en 'undidos silicticos de gases o soluciones acuosas,

ha sido preservada como pe&ueHas inclusiones entrampadas dentrode cristales de di'erentes minerales. )stas inclusiones son pe&ueHasV6 mm y G688um de dimetro y como generalmente permanecen sincambios despu(s de su 'ormacin, proveen in'ormacin sobre lapresin, temperatura y composicin de los >uidos entrampados y &ueestuvieron presentes durante la cristalizacin de la roca, &ue cubretemperaturas entre los 088? y 6288?C.

=as determinaciones se realizan mediante una platina decalentamientoNen'riamiento &ue se adosa al microscopio petrogrfco

y &ue permite elevar la temperatura hasta &ue se rellena la cavidadpor el >uido, &ue tambi(n conlleva a la disolucin de los cristales'ormados, &ue indicara la temperatura de 'ormacin y luego ba*ar latemperatura hasta congelar al >uido, &ue permite establecer pore*emplo &ue la inclusin es de T24 pura, o &ue contiene por e*emploLaCl, si se 'orman cristales cbicos de dicho mineral, durante elproceso de en'riamiento +ig. 0#0-.

/os e"ectos del agua

%l agregar agua a un sistema anhidro se producen di'erentes

cambios, ya &ue la mayora de los minerales no aceptan mucha T24y los nicos minerales comunes de las rocas gneas &ue la contienenson las micas y los an'boles, &ue normalmente estn subordinados.)n los minerales anhidros, con un componente de 'usin de reaccin7

3lido E =&uido

Con el agregado de T24, se vuelve7

3lido A T24 E =&uido +acuoso-

%cuoso signifca una 'ase &ue contiene agua y &ue debe estar enambos lados de la ltima reaccin, ya &ue se encuentra como 'ase>uida separada a la iz&uierda y disuelta a la derecha. )l por&ue las'ases de alta temperatura en e&uilibrio, acomodan me*or el T24 &uelas de ba*a temperatura, est dada por el Principio de =e Chatelier,&ue dice &ue cuando se agrega agua esta causa un nuevo e&uilibrioen un sistema originalmente anhidro y lo hace ms estable conrespecto al slido. )l resultado de agregar T24 a un sistemaanhidro, es ba*ar el punto de 'usin para una presin dada. )n razn&ue ms T24 puede ser 'orzada a entrar en solucin por aumento de

P, el punto de 'usin se deprime ms con el incremento de P.


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=a ig. 0#, ilustra las curvas del solidus para tres rocas gneascomunes, con composiciones desde ultramfcas a silcicas. )n todoslos casos, se observa &ue el agua, disminuye marcadamente el puntode 'usin de las rocas. )sto demuestra el importante rol &ue *uega elagua en la generacin de 'undidos, particularmente en la corteza,

donde es ms abundante. )n presencia de pe&ueHas cantidades deagua, el punto de 'usin de las rocas granticas en la corteza in'eriores de apro$imadamente /88?C, temperatura &ue es alcanzadadurante el metamorfsmo.

)l principal mecanismo por el cual el T24 se disuelve en los'undidos silicticos es un proceso por el cual las mol(culas de T24se involucran en una reaccin de hidrlisis mediante la cual seconectan con el o$geno adyacente de los tetraedros 3i45+polimerizacin-. Por esta reaccin de hidrlisis, el T24 se disocia enTA y 4T# e interacta con la cadena !3i#4#3i#, para 'ormar !3i#4T yT4#3i#. =os iones TA satis'acen la carga negativa con la posicintetra(drica del o$geno y la despolimerizacin reduce la viscosidadde los 'undidos altamente polimerizados. =a e$tensin en la &ueestos procesos tienen lugar depende de la estructura del 'undido+&ue determina el desarrollo de la polimerizacin-.

n modelo propuesto para las estructuras de los 'undidosaluminosilicticos, sostiene &ue su estructura es similar a suse&uivalentes mineralgicos, teniendo menor orden de los enlacessilicticos y ausencia de ordenamiento ba*o di'raccin de rayos#". n

'undido de olivino, no est polimerizado, mientras &ue un 'undido decuarzo o 'eldespato, est e$tensamente polimerizado. =os basaltosson los menos polimerizados y las riolitas las ms polimerizadas.)stos establecen una correlacin entre la viscosidad y el contenidode slice y se relaciona con la e$plosividad de las erupciones

volcnicas.


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Fig 7-0. Curvas de comienzo de 'usin. =neas continuas +saturadasen T24- y lneas de guiones +anhdras-, para granodiorita +Kobertsony Wyllie 6;06-B basalto +=ambert y Wyllie 6;02- y peridotita seca +Ito

y Uennedy 6;/0-, peridotita saturada +Uushiro et al. 6;/-.

*ol del agua en el comportamientomagmtico

)l agua disuelta en los 'undidos silicticos tiene pro'unda in>uenciaen su comportamiento. )specfcamente el T24 disuelta produce7

6.# espolimerizacin del 'undido. )l T24 disuelta en los 'undidossilicticos rompe los polimeros por reemplazo de los puentes deo$geno, por dos hidro$ilos &ue rompen la estructura del polmero,como sugiere la reaccin7

T24 A 42# E 2+4T-#


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4 sea &ue el T24 no permanece en solucin como mol(culas de aguaneutrales, sino &ue se combina con el o$geno para 'ormar ioneshidro$ilos, &ue rompen las cadenas 3i ! 4 reduciendo lapolimerizacin.

2. Keduce la viscosidad del 'undido, por&ue despolimeriza el 'undido.=os 'undidos silcicos ricos en agua pueden ser tan >uidos como los'undidos baslticos. n pe&ueHo porcenta*e en peso de agua disueltapuede ser e'ectivo reduciendo la viscosidad, pero el agua tiene pesomolecular mucho ms ba*o &ue los 'undidos silicticos, as &ue elporcenta*e molecular de agua disuelta tiene un valorsignifcativamente grande. )n las estructuras abiertas a altatemperatura, tienen gran movimiento los tomos &ue puedenmoverse 'cilmente desde posiciones vecinas, permitiendo &ue la

viscosidad disminuya.

@. Incrementa las relaciones de di'usin. =a di'usin gobierna loscambios de estado del sistema, tales como crecimiento de cristales, oreacciones &umicas entre di'erentes 'ases.

5. eprime las temperaturas de cristalizacin.


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como sistema isobrico con un descenso de E 288? C y cristalizanun u*os lvicos en superfcie. )n los magmascon slo pocos cristales en suspensin, las vesculas, si no semueven, tienden a tener 'orma es'(rica o elipsoidal, por la tensinsuperfcial del 'undido &ue las rodea. )n los magmas ricos encristales la 'orma de las cavidades creadas por el gas, estncontroladas por las caras de los cristales, tomando 'ormas angulares.

/. )l agua estabiliza las 'ases cristalinas hidratadas, tales comomicas y an'boles.

0. =a liberacin de agua de volcanes y cuerpos intrusivos someros,causa destruccin de los minerales &ue contienen agua, tales comomicas y an'boles.

. )l agua en sistemas subsolidus promueve la alteracin yreemplazo de minerales inestables de alta temperatura, tales comolos 'eldespatos, &ue pasan a micas y arcillas.

;. Produce la ebullicin retrgrada con separacin de solucionesacuosas en sistemas plutnicos confnados, produciendo pegmatitas

y venas de cuarzo con sul'uros.

Controles so#re las erupciones volcnicaseplosivas

=a importancia de la ebullicin en los magmas va ms all de lacreacin de estructuras vesiculares. )n algunos sistemas, ladesmezcla del gas desde el magma provee la 'uerza e$plosiva de laserupciones volcnicas., &ue depende de varios 'actores.

Reneralmente en los magmas intermedios a silcicos +andesitas,dacitas, riolitas- y tambi(n en magmas mfcos alcalinos, con ba*ocontenido en 3i42 +ne'elinitas-, son mas e$plosivos &ue los magmasmfcos &ue erupcionan como lavas relativamente tran&uilas. )lcontenido en 3i42 &ue controla la viscosidad no es el nico 'actor&ue gobierna la e$plosividad. )l contenido inicial de voltiles, endepsitos riolticos piroclsticos, indican ba*o contenido de agua, los'enocristales mfcos son de piro$eno, ms &ue de hornblenda ybiotita y no muestran contenidos apreciables de C42. Por lo &ue elcontenido inicial de voltiles y la viscosidad estn involucrados en el

desarrollo de la e$pansin del gas durante la vesiculacin. )ste


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'actor es el &ue determina, si la energa es liberada lentamente oe$plosivamente.

Considerando dos columnas verticales de magma &ue ascienden, concontenidos similares de voltiles y &ue comienzan a hervir a la

misma pro'undidad. )n la primera, por su viscosidad ms ba*a o unarelacin de ascenso ms lenta libera el gas en burbu*as &ue see$panden considerablemente al tiempo &ue la columna se acerca a lasuperfcie, esta e$pansin acelera la velocidad de ascenso, perocomo &ueda poca presin residual del gas cuando alcanza la salidahay poca tendencia e$plosiva. )n el segundo caso, la columna demagma, tiene poca e$pansin de gas durante el ascenso, por unams alta viscosidad &ue retarda la 'ormacin de burbu*as. )n estesistema hay considerable energa y cuando alcanza la salida elmagma se desintegra violentamente en una e$plosin &ue eyecta almagma en 'orma 'ragmentada sobre amplias reas.

=a 'ormacin y e$pansin de las burbu*as de gas, es anloga alnucleamiento y crecimiento de cristales. =os e$perimentos muestran&ue el crecimiento de las burbu*as es rpido, an en 'undidossilcicos altamente viscosos. %un&ue la di'usin del agua como iones+4T#-, en los 'undidos es lenta, especialmente en los silcicos,muchas burbu*as pe&ueHas se 'orman anticipadamente. =a e$pansindel gas en las burbu*as est gobernada por la presin confnantesobre el magma y la viscosidad de las paredes de las burbu*as. =adesmezcla del agua desde el 'undido incrementa su viscosidad,

reduciendo la velocidad de di'usin para &ue la burbu*a crezca,haciendo difcultosa su de'ormacin y e$pansin. )sto produce unasobrepresin dentro de la burbu*a &ue produce su e$plosin,desintegrando al 'undido en las pro$imidades de la salida eimpulsando los 'ragmentos hacia el e$terior a gran velocidad.

,#ullicin retrgrada: ,stadios tardos desistemas magmticos con2nados

)n estadios cerrados de sistemas magmticos hidratados, la 'brica y

la composicin mineral de las rocas, pueden ser cambiadas. iversosestudios de intrusiones magmticas granticas, revelan no soloalteracin, sino tambi(n la 'ormacin de cuerpos de pegmatita, deaplitas, de venas de cuarzo y sul'uros, tanto dentro, como en laperi'eria de los plutones. =as relaciones de 'brica y de campoindican &ue todos ellos se 'ormaron tardamente en la evolucin delos sistemas magmticos, aparentemente desde di'erentes tipos desoluciones.

)l origen y diversidad en la composicin de estas soluciones son

consecuencia de la ebullicin retrgrada y del camino durante elcual los constituyentes &umicos son particionados entre 'ases de


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cristales, 'undidos y voltiles, durante el en'riamiento del magma. =acristalizacin tiende a enri&uecer los 'undidos residuales en La, U ye, relativamente al Ca y 1g. =a razn est dada por el tamaHoinico, carga y otros 'actores de enlace, elementos adicionales son laconcentracin de elementos menores y trazas &ue no son

incorporados y precipitan como cristales, y otros &ue son altamenteconcentrados en los l&uidos residuales. =a lista de los elementosresiduales incluye7 =i, 9e, 9, C, P, , 3, Cl, Cu, Xn, 1o, %g, 3n, W, %u yPb.

=a precipitacin de 'ases anhidras +cuarzo y 'eldespatos- desde unmagma &ue se en'ra, puede incrementar la concentracin de aguaen el 'undido residual, en los estadios tardos y si el sistema tieneuna capa de roca impermeable, la PT24 se vuelve igual a la Pconfnante y el 'undido e$perimenta ebullicin retrgrada. Como la'ase rica en vapor de agua bulle estrepitosamente, tendr unadensidad &ue depende tanto de la presin confnante y sunomenclatura es complicada7 vapor, gas, >uido acuoso, solucinhidrotermal, son todos estados posibles. %simismo, una 'ase rica enagua contiene concentraciones importantes de La, U y 3i disueltos,adems de los elementos voltiles7 C, P, , 3, Cl, ms otros elementosresiduales.

=os tomos pueden di'undirse mucho ms rpidamente en una 'aserica en agua, &ue en un 'undido silictico condensado, por lo &ue larelacin de crecimiento cristalino se intensifca, por lo &ue es

importante en el comportamiento y el origen de los cristales gigantes&ue se encuentran en las pegmatitas y en sistemas plutnicosdesarrollados en pro'undidad.

)l sistema 'undido residual en el sistema magmtico, de los cuerpospegmatticos, &ue cristalizan despu(s de largo tiempo, actaactivamente promoviendo el reemplazo metasomtico, &ue altera alos minerales de alta temperatura en las paredes de las rocas a lolargo de los canales de migracin. )l 'enmeno de ebullicin y lae$pansin volum(trica de sistemas tardos magmtico#hidrotermalen nivel epizonal, puede causar la 'racturacin de las paredes de

roca y debido a la rpida perdida de voltiles, agotan cual&uier'undido remanente del magma, producido por intrusivos por'dicossomeros. =as soluciones hidrotermales migran por las 'racturas delas paredes y las rocas por'ricas pueden precipitar, cantidadeseconmicamente importantes, de sul'uros y $idos de 1o, Cu, %g,

%u, Xn, Pb y , *unto con grandes cantidades de cuarzo.

Sistemas 3idrotermales

=as rocas sedimentarias y volcnicas 'racturadas y permeables, &ue

estn por encima de muchas intrusiones someras, constituyenlugares ideales para el desarrollo de e$tensos sistemas


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hidrotermales. n sistema hidrotermal tpico se asocia con terrenosvolcnicos silcicos. =os istopos estables muestran &ue el aguameterica predomina sobre la *uvenil o magmtica en la mayora delos sistemas hidrotermales, pero la relacin es variable segn lossitios. )l calor de una cmara magmtica somera est tpicamente

asociada con volcanismo reciente y el agua subterrnea calentada,mas el componente de agua *uvenil agregada, &ue se e$pande yasciende a trav(s del material permeable &ue est por encima,'ormando 'umarolas y geiseres. )l agua &ue se en'ra se desplazalateralmente y desciende, dando lugar a &ue ms agua calienteascienda, 'ormando un sistema convectivo por encima del magmasolidifcado +ig. 0#;-.

=os sistemas hidrotermales, por encima de batolitos someros, puedea'ectar a volmenes importantes de roca y el >u*o est controladopor la permeabilidad de las rocas sobreyacentes. Importantessistemas de 'racturas se desarrollan encima de las intrusiones, &ueactan como conductos e'ectivos de circulacin de los >uidos.Per'oraciones en algunos sistemas han llegado a ms de @ Sm y hanencontrado aguas salinas con pT casi neutro y con temperaturas dems de @uidos hidrotermales evolucionan tanto &umicamente, comoisotpicamente por intercambio con los 'undidos silicticos yNo laparte solidifcada del plutn, donde el agua puede ser *uvenil o no.

%s estos >uidos se enri&uecen en los constituyentes &ue disuelven,los cuales interactan con las rocas &ue los rodean, causandocambios &umicos, mineralgicos y te$turales, &ue dependen de latemperatura, la permeabilidad, la composicin &umica y lanaturaleza de los >uidos y de las rocas. =a gran variacin de lanaturaleza 'sica y &umica de los sistemas hidrotermales, generadi'erentes productos de alteracin, &ue incluyen7 cuarzo,'eldespatos, clorita, arcillas, calcita, epidota, sul'uros y $idos, *unto

a zeolitas, biotita, actinolita, dipsido y granate. =os mineralesmfcos y vidrio de las volcanitas, son particularmente sensibles a laalteracin. =a mineraloga de menas y su alteracin producenestructuras zoneadas y re>e*an gradientes de temperatura y&umicos. ales zonaciones pueden ocurrir a escala pe&ueHa, comoen una 'ractura, o a gran escala como zonas conc(ntricas por encimadel plutn. Importantes yacimientos de inter(s econmico se 'ormanen estos sistemas hidrotermales, siendo 'uentes de oro, plata, cobre,plomo, cinc, molibdeno, etc.


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Fig 7-4. )s&uemtica de circulacin convectiva de agua meterica,por calentamiento desde una intrusin.

3istemas anlogos han sido reconocidos deba*o del 'ondo ocenico,en las dorsales de distensin se producen centros en los cuales elagua *uvenil y el agua ocenica circulan en sistemas convectivos,tales como los humos negros, &ue son centros de depositacin activade sul'uros metal'eros y &ue asimismo, soportan una nueva y nica

comunidad biolgica.

Istopos 5 los sistemas convectivos deagua meterica

aylor +6;0- ha demostrado &ue en los sistemas plutnicosinvestigados, particularmente los granitos epizonales, tienenrelaciones isotpicas de o$geno e hidrgeno, enri&uecidas enistopos livianos. )ste enri&uecimiento produce patrones

conc(ntricos con valores Y6/4 ms altos alrededor del cuerpomagmtico. =as rocas granticas 'rescas tienen valores Y6/4 de A0 a


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A68, mientras &ue las aguas metericas subterrneas estnenri&uecidas en 6/4, en apro$imadamente valores #68. 3i laintrusin magmtica puede controlar la circulacin del aguasubterrnea en un perodo importante de tiempo, el calentamientoproducir enri&uecimiento en 46/ en las rocas intrusivas y

sedimentarias ms ricas en 46 +Y E A68 a A28-. =a naturaleza de laconveccin se muestra en la ig. 0#;.

)l descubrimiento de sistemas de conveccin gigantes, involucranaguas subterrneas &ue se e$tienden decenas de Silmetros dentrode la roca de campo, las cuales tienen implicancias para lageneracin de depsitos minerales hidrotermales, asociados con lasintrusiones magmticas y su en'riamiento. 1odelos puramenteconductivos se limitan a los casos en &ue la roca de campo esimpermeable.

,"ectos del an3drido car#nico

=a solubilidad del C42 en los 'undidos silicticos, contrastasignifcativamente con el T24. )l C42 no disocia ni ataca lasligaduras de los o$genos, por&ue el in C5A es muy di'erente al inTA. )l in C5A es ms pe&ueHo y de alta carga y no puedeestablecer cadenas estables con los o$genos adyacentes al catin3i5A. Consecuentemente el C42, no se disuelve en 'orma apreciableen los 'undidos, particularmente en los silcicos altamentepolimerizados. =as investigaciones han encontrado &ue la adicin de

C42 en los sistemas, muestra poca solucin y no cambia, el punto de'usin. 4tros investigadores lo han tratado como componente inertede la 'ase >uida y tendra un rol de diluyente del T24, reduciendo laactividad +aT24- en el >uido. 1ientras &ue el T24 reduce el puntode 'usin de la albita, la adicin de C42 parece mitigar dichose'ectos y reducen su capacidad para disolverse en el 'undido.

)l C42 se disuelve algo en los 'undidos silicticos, especialmente aPG6RPa. )ggler +6;0@- encuentra &ue el C42 se disuelve hasta el 5 !< D en 'undidos de dipsido, enstatita y albita a altas presiones.

)stableciendo &ue la solubilidad del C42 depende 'uertemente de lacomposicin del 'undido, disolvi(ndose ms en los 'undidos mfcosmenos polimerizados +en marcado contraste con el comportamientodel T24-. ambi(n encontr &ue el T24 incrementa marcadamentela solubilidad del C42 hasta un @


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polimerizado los 'undidos, donde el T24 rompe las ligaduras. )l C42tiende a disolverse ms en los 'undidos mfcos, menospolimerizados y aumenta la viscosidad de los 'undidos. )sto tambi(ne$plica por&ue el C42 se disuelve ms si el T24 est presente,por&ue el agua crea 'undidos menos polimerizados &ue atraen al

C42. =a adicin de C42 desplaza, al eutectico dipsido#anortita atemperaturas ms ba*as.

ado &ue la solucin de C42 tiene lugar a altas presiones y encomposiciones mfcas, los e'ectos deben ser mayores en el manto.)l C42 debera in>uir en el descenso del punto de 'usin en rocasdel manto slido, causando 'usin incipiente de basaltos alcalinos ypor supuesto el volumen de 'usin depender tanto de latemperatura como de la cantidad de C42 disponible. ambi(n tienein>uencia el C42 en la 'usin de peridotitas y en la 'ormacin decarbonatitas.

Componentes voltiles

odos los magmas naturales contienen disueltos agua, anhdridocarbnico y otros componentes voltiles &ue pueden ser absorbidos oe$pulsados de los comple*os ha medida &ue el magma se separa de la'uente y &ue va cristalizando en pro'undidades someras. =a difcultadradica en conocer &ue proporciones de estos gases estuvieronpresentes en la 'uente. )studios de volcanes continentales indican&ue el C42 puede ser el gas dominante en pro'undidad y &ue la

mayor parte del agua e$pulsada durante las erupciones, es tomadade la corteza. =a mayora de los componentes voltiles conocidosderivados del manto, provienen de las lavas vtreas dragadas del'ondo ocenico, donde las presiones son tan altas &ue pocos escapestienen lugar antes &ue la lava se en're. C42, T24 y cantidadesmenores de gases sul'urosos, constituyen los voltiles msimportantes, adems de cloro y >or &ue estn en muy pe&ueHascantidades.

=a solubilidad de los gases en los magmas vara con la presin, la

temperatura y la composicin, tanto del gas como del l&uido +ig. 0#68-. =a simple e$periencia de destapar una botella de cerveza o dechampagne, permite observar la 'ormacin de numerosas burbu*as&ue escapan del l&uido, lo &ue ilustra claramente, &ue la solubilidadde un gas decrece con la presin confnante, o bien cuando latemperatura aumenta. )ste e'ecto produce disminucin de volumenen el magma, por&ue un l&uido con gases disueltos ocupa mayor

volumen, &ue uno sin gases. Por estas razones, el contenido de gasen una columna de magma, es mayor en la parte superior &ue enpro'undidad.

=a mayora de los magmas ricos en slice, puede retener ms agua&ue los magmas mfcos y el e'ecto se incrementa por tener


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temperaturas de 'ormacin ms ba*as. 3i otro gas est presente,como el C42, este reduce la solubilidad del agua. %un&ue losconstituyentes voltiles solo son una pe&ueHa 'raccin en peso de losmagmas y su peso molecular es ba*o, su correspondiente 'raccinmolecular es mucho mayor y tienen gran in>uencia sobre las

propiedades 'sicas, como la viscosidad y determina el orden decristalizacin de los minerales. 1uchos voltiles se pierden de lasrocas volcnicas, antes de &ue comience su cristalizacin, mientras&ue en las rocas plutnicas, estos son retenidos e incorporados enalgunos minerales estables. )l agua por e*emplo, entra en losminerales hidratados, an'boles y micas, y los sul'uros se combinancon hierro o cobre para 'ormar sul'uros. Pocas rocas gneascontienen carbonatos u otros minerales con C42, pero en algunoscasos 'orman las carbonatitas. =os halgenos son constituyentesesenciales de apatita, turmalina, topacio y algunos an'boles.

Fig 7-167 Clasifcacin de los magmas volcnicos, segn elcontenido de 3i42 y de voltiles, &ue controlan su viscosidad,condicionan su capacidad de >uir y su potencial e$plosividad.

+1odifcado de 1illery WarS 288-.

/ecturas seleccionadas

9o:en, L.=. 6;6


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9o:en, L.=. 6;22. he reaction principle in petrogenesis. [. Reol. @87600#6;.

)ggler, .T. 6;0@. Kole o' C42 in melting processes in the mantle.Carnegie Inst. Washington Mearb. 0@7 26

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Capítulo 7 Diagramas Ternarios